EFEITO MAGNETOCALÓRICO EM SISTEMAS GEOMETRICAMENTE FRUSTRADOS

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Renata Mourão
Orientador(a): Fabio Mallmann Zimmer
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/11082
Resumo: In this work, we present a study of the magnetocaloric effect in spin glass systems that exhibit the presence of clusters and geometric frustration. We theoretically demonstrate that a strong enhancement of the magnetocaloric effect is achieved in geometrically frustrated cluster spin-glass systems just above the freezing temperature. We consider a network of clusters interacting randomly which have triangular structure composed of Ising spins interacting antiferromagnetically. The intercluster disorder problem is treated using a cluster spin glass mean-field theory, which allows exact solution of the disordered problem. This technique uses the replica method to derive an effective single-cluster model within the replica symmetry ansatz. The intracluster part can then be solved using exact enumeration. The coupling between the inter and intracluster problem incorporates the interplay between effects coming from geometric frustration and disorder. As a result, it is shown that the presence of geometrically frustrated clusters can lead to the onset of a cluster spin glass phase, even in the presence of very weak disorder. This cluster-glass phase emerges in a region where the replica symmetry is unstable. In this context, the freezing temperature is determined through the Almeida-Thouless eigenvalue analysis. The cluster spin glass order parameters, field-induced magnetization, and entropy behavior are presented for various sets of disorder levels, cluster sizes, and intensities of geometric frustration. The findings are discussed in terms of the magnetocaloric potential, focusing on the isothermal entropy variation and the isentropic curves for different relationships between disorder and frustration. The main conclusion is that it is precisely within a range of very weak disorder and small magnetic fields that the strongest isothermal entropy release is observed, indicando a interesting magnetocaloric potential. Keywords: Magnetocaloric Effect, Disordered Systems, Clusters, Geometric Frustration.
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The coupling between the inter and intracluster problem incorporates the interplay between effects coming from geometric frustration and disorder. As a result, it is shown that the presence of geometrically frustrated clusters can lead to the onset of a cluster spin glass phase, even in the presence of very weak disorder. This cluster-glass phase emerges in a region where the replica symmetry is unstable. In this context, the freezing temperature is determined through the Almeida-Thouless eigenvalue analysis. The cluster spin glass order parameters, field-induced magnetization, and entropy behavior are presented for various sets of disorder levels, cluster sizes, and intensities of geometric frustration. The findings are discussed in terms of the magnetocaloric potential, focusing on the isothermal entropy variation and the isentropic curves for different relationships between disorder and frustration. The main conclusion is that it is precisely within a range of very weak disorder and small magnetic fields that the strongest isothermal entropy release is observed, indicando a interesting magnetocaloric potential. Keywords: Magnetocaloric Effect, Disordered Systems, Clusters, Geometric Frustration.Neste trabalho, apresentamos um estudo do efeito magnetocalórico em sistemas vidro de spin que exibem a presença de clusters e frustração geométrica. Demonstramos teoricamente que uma forte amplificação do efeito magnetocalórico é alcançada em sistemas vidro de spin com clusters geometricamente frustrados, logo acima da temperatura de congelamento. Consideramos uma rede de clusters que interagem aleatoriamente, os quais possuem uma estrutura triangular composta por spins de Ising interagindo antiferromagneticamente. O problema de desordem entre clusters é tratado utilizando uma teoria de campo médio para vidro de spin, que permite a solução exata do problema desordenado. Essa técnica utiliza o método das réplicas para derivar um modelo efetivo de um único cluster dentro da hipótese de simetria das réplicas. A parte intracluster pode então ser resolvida por enumeração exata. O acoplamento entre os problemas inter e intracluster incorpora a interação entre os efeitos provenientes da frustração geométrica e da desordem. Como resultado, é mostrado que a presença de clusters geometricamente frustrados pode levar ao surgimento de uma fase de vidro de spin em cluster, mesmo na presença de uma desordem muito fraca. Essa fase de vidro de spin com clusters emerge em uma região onde a simetria das réplicas é instável. Nesse contexto, a temperatura de congelamento é determinada através da análise do autovalor de de Almeida-Thouless. Os parâmetros de ordem vidro de spin com clusters, a magnetização induzida por campo e o comportamento da entropia são apresentados para diferentes conjuntos de níveis de desordem, tamanhos de clusters e intensidades de frustração geométrica. Os resultados são discutidos em termos do potencial magnetocalórico, com foco na variação isotérmica da entropia e nas curvas isentrópicas para diferentes relações entre desordem e frustração. A principal conclusão é que é precisamente em uma faixa de desordem muito fraca e campos magnéticos pequenos que a maior liberação isotérmica de entropia é observada, indicando um interessante potencial magnetocalórico. Palavras-chave: Efeito Magnetocalórico, Sistemas desordenados, Clusters, Frustração Geométrica.Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do SulUFMSBrasilEfeito Magnetocalórico, Sistemas desordenados, Clusters, Frustração Geométrica.EFEITO MAGNETOCALÓRICO EM SISTEMAS GEOMETRICAMENTE FRUSTRADOSinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisFabio Mallmann ZimmerRenata Mourãoinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMSinstname:Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)instacron:UFMSORIGINALtese_renataVF.pdftese_renataVF.pdfapplication/pdf3863543https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/11082/-1/tese_renataVF.pdff277fecd46e3efd6d86c9ac3f3543d77MD5-1123456789/110822025-01-15 21:40:13.243oai:repositorio.ufms.br:123456789/11082Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufms.br/oai/requestri.prograd@ufms.bropendoar:21242025-01-16T01:40:13Repositório Institucional da UFMS - Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)false
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