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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2022.tde-18082022-094536
Documento
Autor
Nombre completo
Felipe Donizete Pícoli
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2022
Director
Tribunal
Líbero, Valter Luiz (Presidente)
Miranda, Eduardo
Silva, Marcos Sergio Figueira da
Título en portugués
Interação RKKY induzida por hibridização entre orbitais f
Palabras clave en portugués
Anisotropia magnética
Interação de Coqblin-Schrieffer
Interação RKKY
Resumen en portugués
Compostos com lantanídeos e actinídeos exibem importantes propriedades magnéticas caracterizadas por uma forte anisotropia e uma grande variedade de ordenamentos magnéticos. Todas essas características são consequência da moderada localização dos orbitais f associada com uma alta correlação eletrônica e a importante interação spin-órbita, o que leva, nesses compostos, a uma interação de dois íons do tipo RKKY altamente anisotrópica e dependente das componentes do momento angular total J. Esta interação, é modelada pelo conhecido Formalismo de Coqblin-Schrieffer, o qual adiciona na descrição de sistemas fortemente correlacionados, os graus de liberdade orbitais, além dos de spin, tradicionalmente incorporados. Para a descrição de orbitais do tipo f1, válida para a descrição de compostos de cério 3+, o Formalismo de Coqblin-Schrieffer possui algumas inconsistências impostantes: o Hamiltoniano de Interação de dois íons é não Hermitiano, resultado da ausência da simetria de troca iônica, além de apenas contemplar a descrição da interação entre íons quando estes estão muito afastados, R –› ∞, no chamado limite assintótico. Neste trabalho, consertamos o Hamiltoniano de Interação, tornando-o hermitiano e incorporando a simetria de troca iônica. Além disso, fomos capazes de estender o entendimento da Interação de Coqblin-Schrieffer para as curtas separações iônicas, pelo calculo exato e analítico das integrais do tipo Ruderman-Kittel. Com esses cálculos, obtivemos uma Amplitude de Espalhamento simétrica pela troca iônica e válida para qualquer separação iônica, recuperando as oscilações de Friedel típicas das interações do tipo RKKY e responsáveis pela variedade dos ordenamentos magnéticos observados nesse tipo de interação. Observamos ainda a insuficiência do Formalismo assintótico de Coqblin-Schrieffer em prever propriedades termodinâmicas de um sistema de dímeros, podendo prever, inclusive, ordenamentos magnéticos distintos do resultado exato. A fim, de ilustrar a extensão desse formalismo corrigido às demais ocupações do orbital f, calculamos a Amplitude de Espalhamento para a interação entre orbitais f2 de forma exata e analítica no acoplamento j-j, a qual se aplica a compostos de urânio 4+, em termos das Amplitudes de Espalhamento válidas para a interação entre orbitais f1, abrindo caminho para a descrição das demais ocupações dos orbitais f.
Título en inglés
RKKY interaction induced by hybridization between f-states.
Palabras clave en inglés
Coqblin-Schrieffer interaction
Magnetic anisotropy
RKKY interaction
Resumen en inglés
Lanthanides and Actinides compounds exhibit curious magnetic properties like a high magnetic anisotropy and diversity of magnetic orderings. These features result from the moderate localization of their half-filled f-state and its strong electronic correlation, in addition to the crucial spin-orbit interaction. These characteristics lead to a RKKY-like two-ion interaction which is highly anisotropic and dependent on the angular momentum J components. This interaction is described by the well-known Coqblin-Schrieffer formalism, which takes the orbital and spin degrees of freedom into account on the same footing in the description of a quantum impurity interacting with conduction sea in the strong correlation limit. The traditional Coqblin-Schrieffer formalism, however, shows some inconsistencies: the two-ion interaction Hamiltonian is non-hermitian, which is related to the absence of the ionic interchange symmetry, and only describes the interionic interaction when the ions are very far apart, R –› ∞, in the asymptotic limit. In this work, we have restored the interaction Hamiltonian, making it hermitian and symmetric by the ionic interchange. We could extend the Coqblin-Schrieffer two-ion interaction to short and moderate separations working out the Rudderman-Kittel-like integrals exact and analytically. With these calculations, we could find a Scattering Amplitude symmetric by the ionic interchange and available for all ionic separations, recovering the typical Friedel Oscillations and the variety of magnetic orderings. We could also observe the failure of the Coqblin-Schrieffer asymptotic formalism in the prediction of thermodynamic properties of a simple non-interacting dimer model, predicting even a magnetic ordering distinct from the obtained by our exact results at intermediate and low temperatures. To illustrate the extension of this formalism for higher occupations of the f-states, we also have calculated a Scattering Amplitude for the interaction between two f2-states for all ionic separations in the j-j coupling, which may describe uranium +4 based compounds.
 
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Fecha de Publicación
2022-09-15
 
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