Estudos dos momentos magnéticos em sólidos por ressonância paramagnética eletrônica
Ana Lucia Brandl
DISSERTAÇÃO
Português
(Broch.)
T/UNICAMP B733e
Campinas, SP : [s.n.], 2000.
77 p. : il.
Orientador: Gaston E. Barberis
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Fisica "Gleb Wataghin"
Resumo: Nesta tese trabalhamos com a interpretação de resultados experimentais de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) de impurezas magnéticas (3d e 4f) em monocristais e amostras em pó. Com este objetivo desenvolvemos algoritmos computacionais para simulações e ajustes de espectros de EPR,...
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Resumo: Nesta tese trabalhamos com a interpretação de resultados experimentais de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) de impurezas magnéticas (3d e 4f) em monocristais e amostras em pó. Com este objetivo desenvolvemos algoritmos computacionais para simulações e ajustes de espectros de EPR, utilizando um Hamiltoniano de Spin apropriado para cada composto em estudo.
No decorrer do projeto de tese os programas desenvolvidos foram aplicados a diversos sistemas, sendo que nesta dissertação apresentaremos os resultados obtidos para três compostos de interesse:
- CaB6: Gd3+ - um semicondutor de gap pequeno. Neste caso, fizemos o ajuste da variação angular dos sete campos de ressonância relativos as transições entre os estados ½S = 7/2;Ms) do Gd3+, estudando os efeitos de campo cristalino neste sistema.
- Co2+ em NH4NiPO4.6H20 - um fosfato hidratado com interessantes propriedades fisico-químicas. Aqui fizemos a simulação dos espectros de EPR de amostras em pó, conseguindo reproduzir com muita precisão os resultados experimentais, considerando um Hamiltoniano de Spin com interação Zeeman anisotrópica e interação hiperfina.
- Li3Fe2(PO4)3-x(AsO4)x - um condutor superiônico. Ajustamos os espectros de EPR de amostras em pó, para temperaturas entre 35 K e 297 K, e apresentamos a variação com a temperatura do fator g, da largura e da intensidade de linha.
Para as simulações e ajustes dos espectros de EPR utilizamos um Hamiltoniano de Spin geral com interação Zeeman, interação de campo hiperfino e operadores de campo cristalino, responsáveis pela estrutura fina do espectro :
H=µBH.g.S+I.A.S+ åkåkq=-kBqkOqk
Os espectros simulados e ajustados foram obtidos utilizando teoria de perturbações até 2ª ordem na deterninação dos níveis de energia do Hamiltoniano de Spin, obtendo a intensidade das linhas através do cálculo das probabilidades de transição entre os níveis e considerando larguras de linha anisotrópicas.
Por último, apresentamos uma subrotina gráfica, que trabalha em conjunto com os programas, mostrando a cada execução dos mesmos, os resultados: o espectro dos dados experimentais e o simulado ou ajustado Ver menos
No decorrer do projeto de tese os programas desenvolvidos foram aplicados a diversos sistemas, sendo que nesta dissertação apresentaremos os resultados obtidos para três compostos de interesse:
- CaB6: Gd3+ - um semicondutor de gap pequeno. Neste caso, fizemos o ajuste da variação angular dos sete campos de ressonância relativos as transições entre os estados ½S = 7/2;Ms) do Gd3+, estudando os efeitos de campo cristalino neste sistema.
- Co2+ em NH4NiPO4.6H20 - um fosfato hidratado com interessantes propriedades fisico-químicas. Aqui fizemos a simulação dos espectros de EPR de amostras em pó, conseguindo reproduzir com muita precisão os resultados experimentais, considerando um Hamiltoniano de Spin com interação Zeeman anisotrópica e interação hiperfina.
- Li3Fe2(PO4)3-x(AsO4)x - um condutor superiônico. Ajustamos os espectros de EPR de amostras em pó, para temperaturas entre 35 K e 297 K, e apresentamos a variação com a temperatura do fator g, da largura e da intensidade de linha.
Para as simulações e ajustes dos espectros de EPR utilizamos um Hamiltoniano de Spin geral com interação Zeeman, interação de campo hiperfino e operadores de campo cristalino, responsáveis pela estrutura fina do espectro :
H=µBH.g.S+I.A.S+ åkåkq=-kBqkOqk
Os espectros simulados e ajustados foram obtidos utilizando teoria de perturbações até 2ª ordem na deterninação dos níveis de energia do Hamiltoniano de Spin, obtendo a intensidade das linhas através do cálculo das probabilidades de transição entre os níveis e considerando larguras de linha anisotrópicas.
Por último, apresentamos uma subrotina gráfica, que trabalha em conjunto com os programas, mostrando a cada execução dos mesmos, os resultados: o espectro dos dados experimentais e o simulado ou ajustado Ver menos
Abstract: Electron Paramagnetic Resonance (EPR) of magnetic impurities (3d e 4f) in single crystals and powdered samples is a subject of importance in the study of magnetic impurities in solids. The study and analysis of the EPR spectra is the main subject of this work. We developed computational...
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Abstract: Electron Paramagnetic Resonance (EPR) of magnetic impurities (3d e 4f) in single crystals and powdered samples is a subject of importance in the study of magnetic impurities in solids. The study and analysis of the EPR spectra is the main subject of this work. We developed computational algoritms to simulate and fit EPR spectra, using a suitable Spin Hamiltonian for each compound in study. In the course of this project, we applied those programs to several systems, but here we limite ourselves to present the results obtained for three of those compounds, as follows:
- CaB6: Gd3+ - which is a small gap semiconductor. Here, we fitted the angular variation of the seven allowed transitions for Gd3+ ½S = 7/2;Ms) and we got the experimental parameters for the crystal field effect.
- Co2+ in NH4NiPO4.6H2O - this is a hydrated phosphate with interesting physical-chemical properties. The powder spectra of this compound was studied, and the fine and hyperfine lines were simulated, and the data adjusted with very high precision.
- Li3Fe2(PO4)3-x(AsO4)x - is a superionic conductor. We fitted the powder spectra in this case, for temperatures between 35 and 297 K, and we obtained the temperature dependence ofthe g-factor and the linewidths, and line intensities.
In the EPR spectra simulations and fittings, we use a Spin Hamiltonian with Zeeman interaction, hyperfine field interaction and crystal field operators, responsible for the spectrum fine structure:
H=µBH.g.S+I.A.S+ åkåkq=-kBqkOqk
The simulated and fitted spectra were obtained using perturbation theory up to second order for determination of the Spin Hamiltonian energy levels. The line intensities were obtained calculating the transition probabilities between these energy levels, and we also considered anisotropic line widths.
We also present the graphic subroutine developed, which work together with the simulation and fitting programs, showing the results: the experimental spectrum and the simulated or fitted spectrum Ver menos
- CaB6: Gd3+ - which is a small gap semiconductor. Here, we fitted the angular variation of the seven allowed transitions for Gd3+ ½S = 7/2;Ms) and we got the experimental parameters for the crystal field effect.
- Co2+ in NH4NiPO4.6H2O - this is a hydrated phosphate with interesting physical-chemical properties. The powder spectra of this compound was studied, and the fine and hyperfine lines were simulated, and the data adjusted with very high precision.
- Li3Fe2(PO4)3-x(AsO4)x - is a superionic conductor. We fitted the powder spectra in this case, for temperatures between 35 and 297 K, and we obtained the temperature dependence ofthe g-factor and the linewidths, and line intensities.
In the EPR spectra simulations and fittings, we use a Spin Hamiltonian with Zeeman interaction, hyperfine field interaction and crystal field operators, responsible for the spectrum fine structure:
H=µBH.g.S+I.A.S+ åkåkq=-kBqkOqk
The simulated and fitted spectra were obtained using perturbation theory up to second order for determination of the Spin Hamiltonian energy levels. The line intensities were obtained calculating the transition probabilities between these energy levels, and we also considered anisotropic line widths.
We also present the graphic subroutine developed, which work together with the simulation and fitting programs, showing the results: the experimental spectrum and the simulated or fitted spectrum Ver menos
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