| Summary: | Orientadora: Profa. Dra. Raquel de Almeida Ribeiro === Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017. === Em Física da Matéria Condesada, as terras raras apresentam um papel importante
em várias aplicações tecnológicas. Suas camadas 4f incompletas possuem enumeras con-
gurações diferentes possibilitando o desenvolvimento e melhoramento de propriedades
interessantes. Materiais supercondutores, lasers de estado sólido, radares e ímãs permanentes são bons exemplos de dispositivos que utilizam materiais desenvolvidos com
terras raras. Quando terras raras são colocadas em um material matriz, as interações
entre esses elementos ou entre a matriz e as terras raras fazem com que os seus estados
eletrônicos mudem. Estruturas cristalinas apresentam campo elétrico cristalino, cuja
teoria desenvolvida no século passado foi amplamente estudada e aplicada à vários grupos
de simetria em cristais bulk. Até o momento, porém, muito pouco tem sido estudado
a respeito de como o campo elétrico de estruturas não convencionais, como quasicristias
e nanocristais, afeta os autoestados das terras raras.
Portanto, o objetivo desse projeto foi analizar o efeito de campo elétrico cristalino
em dois tipos de materiais: Nanopartículas cúbicas com tamanho de 8 nm e quasicristais
icosaédricos, bem como seu aproximante. Para isso, nanopartículas de NaY1..xRExF4
(RE = Yb, Er, Dy, Gd) foram sintetizadas pelo método de termo-decomposição e quasicristais
de Au-Al-Yb foram crescidos em forno a arco. Para a determinação parâmetros
de campo elétrico cristalino Bm n , foram feitos ajustes das curvas de magnetização dependentes da temperatura e do campo magnético aplicado. Além disso, para os quasicristais foi encontrado um grupo de simetria pontual equivalente e seus parâmetros de
campo elétrico cristalino foram comparados com os de seus aproximantes. Com isso,
observou-se que somente parâmetros de segunda ordem apresentaram uma diferença
signicativa quando comparados entre essas duas estruturas; B0
2 é 20 vezes maior para a estrutura quasicristalina. Para as nanopartículas cúbicas, uma Hamiltoniana total foi proposta e com isso foi feita um simulação para determinar a separação total dos níveis de energia da camada incompleta 4f das terras raras. Além disso, o espectro de Up conversion foi medido e comparado com a simulação teórica. A largura de linha do espectro teórico, 470 20 K, para a transição 4S3=2 ! 4I15=2 , é comparável aos resultados empíricos, 650 50 K. O estado fundamental dos sistemas foi conrmado pela
técnica de Ressonância Eletrônica de Spin. Dessa forma, foi estabelecida uma realação
de como a separação total dos multipletos-J afeta a emissão de Up conversion destas
NP's. === In Condensed Matter Physics, rare earth elements play an important role in several
technological applications. Their complex 4f unfullled shell presents numerous
dierent congurations, making possible to engineer or tune interesting properties. Superconductors, solid state lasers, radars and permanent magnets are some examples of
cutting edge devices using materials developed with rare earth elements. When a rare
earth ion is placed in a host material, their interactions with each other or with the
host lattice are responsible for the arrangement of their electronic state. Crystalline
structures exhibit the crystal eld eect, whose theory developed in the last century
has been largely applied and studied to various point group symmetries in bulk crystals.
However, there is a lack of researches in how the electric eld of non-conventional host
lattices, such as quasicrystals and nanocrystals, aect rare earth's eigenstates.
Therefore, the aim of this project was to analyze the crystal eld eect in two
dierent kind of materials: Cubic nanoparticles with 8 nm in size and icosahedral bulk
quasicristals, as well as their crystal approximant. For that, NaY1..xRExF4 (RE = Yb,
Er, Dy, Gd) nanoparticles were synthesized by temperature decomposition and Au-Al-
Yb quasicrystals were grown by arc-melting. Fittings of the thermal and eld dependent
magnetization were used to determine the crystal electric eld parameters Bmn
. In the quasicrystal material case, an equivalent point group symmetry was obtained and their
crystal electric eld parameters were compared with the ones of their approximant. Only
parameters of second order substantially diered between both structures, B02
was found out to be around 20 times larger than that for the approximant. Moreover, in the cubic nanostructures case, the overall splitting of the 4f unfullled shell of the RE elements
was determined diagonalizing a proposed total Hamiltonian, whose terms include the
Crystal Electric Field parameters. In addition, the up-conversion light emission signal
was acquired and compared with a theoretical simulation. The theoretical up-conversion
light emission line-width found out as 471 20 K, for the transition 4S3=2 ! 4I15=2 ,
is comparable to empirical results, 650 50 K. The ground state of the systems was
conrmed by Electron Spin Resonance analysis. In this case, a relation with how the
overall energy splitting of the J-multiplets aect the UC conversion light emission of
theses NP's was established.
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