Orientadores: Roberto Luzzi, Áurea Rosas Vasconcellos

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma teoria sobre a termodinâmica de não-equilíbrio de mágnons excitados por fonte externa e em contato com um banho térmico. A teoria é aplicada ao recém observado acúmulo de mágnons nos estados de mínima freqüência em experimentos com filmes finos...

Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma teoria sobre a termodinâmica de não-equilíbrio de mágnons excitados por fonte externa e em contato com um banho térmico. A teoria é aplicada ao recém observado acúmulo de mágnons nos estados de mínima freqüência em experimentos com filmes finos magnetizados de granada de ferro-ítrio afastados do equilíbrio via fonte de radiação de microondas. Seguindo um formalismo de ensembles estatísticos de não-equilíbrio, a partir do hamiltoniano do sistema magnético são obtidas as equações de evolução para as variáveis termodinâmicas. Entre estas equaaçes, as que descrevem a evoluuço das populaaçes mmdias de mmgnons sso estudadas em detalhe e atennço especial dada s contribuiiçes nno- lineares. Mostra-se que, por um lado, o termo nno-linear proveniente da interaaço do sistema magnntico com a rede cristalina transfere energia das populaaçes dos modos de alta freqqüncia para os de baixa, gerando um accmulo nos modos de mmnima freeqqüncia - o Efeito Frrhlich. Por outro lado, a interaaço mmgnon-mmgnon origina uma contribuiiço evoluuço das populaaçes que tende a termalizar o sistema em termos de uma temperatura de nno-equillbrio. ainda utilizada uma modelagem de dois fluiidoss, em que as equaaçes cinnticas das populaaçes de mmgnons associadas a todos os modos sso contraadas em apenas duas, que representa os modos de mmnima freqqüncia e aqueles alimentados. Esta modelagem permite estudar quantitativamente a evoluuço temporal do sistema via integraaço nummrica. Constata-se que, para um determinado intervalo de taxas de alimentaaço, forma-se o condensado devido ao Efeito Frrhlich. Para valores mais altos da pottncia da fonte de alimentaaço, a contribuiiço devido interaaço entre mmgnons torna-se dominante e a formaaço do condensado inibida. Por fim, os diversos processos de relaxaaço do condensado para o equillbrio sso investigados em funnço do valor da fonte externa do sistema

Abstract: The purpose of this work is to develop a nonequilibrium thermodynamic theory on rnagnons excited by an external pumping source embedded in a thermal bath. This the­ory is applied to the recently observed experiments with magnetic thin films of yttrium iron garnet driven out of equilibrium...

Abstract: The purpose of this work is to develop a nonequilibrium thermodynamic theory on rnagnons excited by an external pumping source embedded in a thermal bath. This the­ory is applied to the recently observed experiments with magnetic thin films of yttrium iron garnet driven out of equilibrium through microwave radiation pumping. Resorting to a Non-Equilibrium Statistical Ensemble Formalism, the evolution equations for the magnon populations are obtained and studied. The nonlinear contribution arising out of the spin-lattice interaction transfers the energy in excess of equilibrium from the pumped frequency modes to the lower frequency ones, and, in a cascade down process, occurs a large grow in the magnon populations of the lowest in frequency modes - a phenomenon we call Frohlich Effect. In opposition to this contribution, there is anot her one, generated by the magnon-magnon interaction, that tends to lead the system to a state of internal nonequilibrium thermalization. We introduce a modeling consisting in a kind of ¿two-fluid model", in which the kinetic equations for the magnon populations are contracted in only two, representing the modes lowest in frequency and the ones that are pumped by the external source. A quantitative study is performed through numerical integration of the two related evolution equations. The emergence of the condensate, due to the Frohlich Effect, is evidenced for a range of source power. For higher feeding taxes, the contribution originated by the magnon-magnon interaction becomes dominant and the emergence of the condensate is inhibited. Finally, the sev­eral relaxation processes in the condensate leading to equilibrium are analyzed in terms of the source power