Investigation of crystalline electric field effects in magnetic and superconducting states in the Ce2MIn8-yCdy (M = Rh, Ir) compounds : Estudos de efeitos de campo elétrico cristalino nos estados magnéticos e supercondutores dos compostos Ce2MIn8-yCdy (M = Rh, Ir)

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Christovam, Denise Sacramento, 1996-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639945
Resumo: Orientador: Pascoal José Giglio Pagliuso
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spelling Investigation of crystalline electric field effects in magnetic and superconducting states in the Ce2MIn8-yCdy (M = Rh, Ir) compounds : Estudos de efeitos de campo elétrico cristalino nos estados magnéticos e supercondutores dos compostos Ce2MIn8-yCdy (M = Rh, Ir)Estudos de efeitos de campo elétrico cristalino nos estados magnéticos e supercondutores dos compostos Ce2MIn8-yCdy (M = Rh, Ir)Férmions pesadosAntiferromagnetismoCampos elétricos cristalinosNêutrons - DifraçãoSupercondutividadeHeavy fermionsAntiferromagnetismCrystalline electric fieldNeutrons - DiffractionSuperconductivityOrientador: Pascoal José Giglio PagliusoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: A interação entre o magnetismo e a supercondutividade não convencional em sistemas fortemente correlacionados se mantém como um dos tópicos mais interessantes a ser desvendado em física da matéria condensada. A emergência desse tipo de estado é usualmente encontrada em materiais com comportamento de férmion pesado, e alguns dos exemplos mais marcantes são os compostos CemMnIn3m+2n (M= Co, Rh, Ir;m=1, 2;n= 0, 1). Investigações anteriores na série CeMIn5 (M= Co, Rh, Ir) indicam que o rico diagrama de fases desses materiais é resultado de um balanço sutil entre os efeitos competidores de campo elétrico cristalino, Kondo e a interação Ruderman¿Kittel¿Kasuya¿Yosida, influenciados pela dimensionalidade do sistema. Portanto, entender a evolução do campo cristalino em um sistema cuja dimensionalidade é diferente pode aprofundar o entendimento de seu papel na emergência de interessantes fenômenos nesses sistemas. A evolução das propriedades físicas na série Ce2Rh1-xIrxIn8 e o papel da dopagem de Cd em Ce2MIn8 (M= Rh, Ir) já foram previamente estudados. Foi demonstrado que a substituição de Ir suprime o antiferromagnetismo e induz uma fase supercondutora coexistente, além de uma fase desordenada do tipo vidro de spin nos compostos ricos em Ir. Essa evolução é acompanhada por um aumento do efeito Kondo e provavelmente por mudanças no campo cristalino. Por outro lado, dopagens de Cd no sítio do In favorecem o antiferromagnetismo para M= Rh e suprimem a supercondutividade em M= Ir, sugerindo que o principal efeito do Cd nesses sistemas é sintonizar eletronicamente as propriedades do estado fundamental. Neste cenário, há evidências de que a contribuição orbital e propriedades de simetria da função de onda do estado fundamental de campo cristalino do Ce3+ têm papel nas propriedades dessas famílias à base de Ce. Assim, resolver a estrutura magnética desses membros antiferromagnéticos pode ajudar a entender o campo cristalino do Ce3+ nesses sistemas, considerando a direção do momento ordenado e anisotropia do íon Terra-Rara. Sintetizamos novos monocristais de Ce2Rh1-xIrxIn7.79Cd0.21 usando o método de fluxo metálico, e caracterizamos macroscopicamente as amostras, que seguem a tendência esperada para a temperatura de ordenamento, coeficiente de Sommerfeld e parâmetros de rede. Também discutimos o efeito da pressão sobre o Ce2RhIn7.79Cd0.21 e a estrutura magnética de Ce2Rh1-xIrxIn8 (x= 0, 0.5, 1), puros e dopados com Cd, determinadas via difração de nêutrons. Sob baixa pressão, o Ce2RhIn7.79Cd0.21 não apresentou mudança no vetor de propagação ou temperatura de Néel, porém o aumento de pressão induziu a rotação dos momentos para o plano ab. As modificações nessas estruturas magnéticas foram conectadas a estudos preliminares de efeitos de campo elétrico cristalino, usando um modelo de campo médiocom interações de troca e campo cristalino tetragonal. Esses estudos nos permitiram propor esquemas de níveis de campo cristalino, e identificar tendências envolvendo a separação de níveis, desvendando a origem da rotação de spin observada sob pressão e abrindo um novo caminho para entender o estado desordenado dos compostos ricos em IrAbstract: The interplay between magnetism and unconventional superconductivity in strongly correlated systems remains one of the most interesting topics in condensed matter physics to be unveiled. The emergence of such states is commonly found among the heavy-fermion materials, and some of the most prominent examples are the CemMnIn3m+2n (M = Co, Rh, Ir; m = 1, 2; n = 0, 1) compounds. Previous investigations on the CeMIn5 series indicate that the rich phase diagram of these materials is the result of a subtle balance between the competing Ruderman¿Kittel¿Kasuya¿Yosida interaction, Kondo effect and crystalline electric field effects, influenced by the system¿s dimensionality. Therefore, understanding the evolution of the crystal field in a system whose dimensionality is different from these compounds may allow a deeper understanding of their role in the emergence of interesting phenomena in these systems. The evolution of the physical properties of the Ce2Rh1-xIrxIn8 series and the role of Cd-doping in Ce2MIn8 (M = Rh, Ir) have been previously studied. It has been shown that Ir substitution seems to suppress the antiferromagnetism and induce a coexisting superconducting phase, as well as a disordered spin-glass phase in the Ir-rich compounds. This evolution is accompanied by an enhancement of the Kondo effect and likely changes in the crystal field. On the contrary, Cd-doping in the In site favors antiferromagnetism for M = Rh and suppresses superconductivity for M = Ir, suggesting that the main role of Cd in these systems is the electronic tuning of the ground state properties. In such scenario, evidence arise that the orbital contribution and symmetry properties of the Ce 3+ crystalline electric field ground state wavefunction may play a crucial role on physical properties of these Ce-based families. Then, they have become focus of intense scientific investigation. As such, solving the magnetic structure for the magnetic members of these families can give more insight on the crystal field and ground state of Ce 3+ in these systems, considering the ordered moment's direction and single-ion anisotropy. We synthesized new Ce2Rh1-xIrxIn7.79Cd0.21 single crystals using the metallic-flux method and characterized macroscopically the samples, which follow the expected trend for ordering temperature, the Sommerfeld coefficient and lattice parameters. We also discuss applied pressure effects on Ce2RhIn7.79Cd0.21 and the magnetic structures of the Cd-doped Ce2Rh1-xIrxIn8 (x = 0, 0.5, 1) antiferromagnetic alloys by neutron magnetic diffraction measurements. Regarding the pressure-dependent magnetic structure of Ce2RhIn7.79Cd0.21, for low applied pressures the compound showed no changes in the propagation vector nor in the Néel temperature. Yet, increasing pressure seems to induce spin rotation towards the ab-plane. The changes in these magnetic structures were connected to preliminary studies of the crystal field effects using a mean-field model with tetragonal crystalline electric field and exchange interactions. These studies enabled us to propose crystal field schemes and some general trends over the separation of crystal field levels, shedding light on the origin of the spin rotation under pressure and the disordered state in Ir-rich compoundsMestradoFísicaMestra em FísicaCNPQ135907/2018-7FAPESP2019/04196-3[s.n.]Pagliuso, Pascoal José Giglio, 1971-Miranda, EduardoRosa, Priscila Ferrari SilveiraUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASChristovam, Denise Sacramento, 1996-20202020-10-09T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online ( 114 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639945CHRISTOVAM, Denise Sacramento. Investigation of crystalline electric field effects in magnetic and superconducting states in the Ce2MIn8-yCdy (M = Rh, Ir) compounds : Estudos de efeitos de campo elétrico cristalino nos estados magnéticos e supercondutores dos compostos Ce2MIn8-yCdy (M = Rh, Ir). 2020. 1 recurso online ( 114 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639945. 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