Orientador: Pascoal José Giglio Pagliuso

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

Resumo: O entendimento microscópico da intrincada relação entre magnetismo e supercondutividade não-convencional e atualmente um dos grandes problemas em aberto em física da matéria condensada. Em especial, compostos com estrutura cristalina tetragonal parecem favorecer a emergência de tal fenômeno....

Resumo: O entendimento microscópico da intrincada relação entre magnetismo e supercondutividade não-convencional e atualmente um dos grandes problemas em aberto em física da matéria condensada. Em especial, compostos com estrutura cristalina tetragonal parecem favorecer a emergência de tal fenômeno. Os compostos intermetálicos tetragonais BaFe2As2 e EuFe2As2 cristalizam na estrutura tetragonal ThCr2Si2 (I 4/mmm) com camadas de FeAs separadas por átomos de bario/europio. Ambos os compostos apresentam uma distorção estrutural (tetragonal para ortorrômbica) acompanhada for uma transição de fase magnética do tipo onda de densidade de spin (ou SDW, na sigla em inglês) em TSDW = 140 K e TSDW = 190 K, respectivamente. E notável que esta fase magnética pode ser suprimida em direção ao estado supercondutor através de substituição quica ou pressão aplicada. Neste trabalho, apresentamos o estudo sistemático das propriedades do composto intermetálico tetragonal BaFe2As2 em função de tr^es parâmetros: substituição de Eu no sitio cristalográfico do Ba; substituição de metais de transição TM = Mn, Co, Ni, Cu e Ru no sitio cristalográfico do Fe e/ou pressão hidrostática. Para tal proposito, primeiramente sintetizamos amostras de alta qualidade através do método alternativo de fluxo metálico de In. A caracterização macroscópica dos compostos foi realizada através das técnicas experimentais de medidas de susceptibilidade magnética, calor especifico, resistividade elétrica em pressão ambiente e sob pressão hidrostática, além da caraterização estrutural através da difração de pó de raios-X. No que diz respeito a caracterização microscópica, a investigação experimental foi realizada através da técnica de ressonância de spin eletrônico (RSE) utilizando como provas os ons paramagnéticos de Eu2+ e Mn2+/Cu2+, além do estudo de absorção de raios-X (EXAFS) tanto na borda K do As quanto na borda do Fe. Dessa forma, foi possível investigar a dinâmica de spins no plano e fora do plano de FeAs e sua relação com as distorções locais do material. Nossos resultados evidenciam que a diminuição da distância Fe-As esta intimamente ligada a supressão da fase SDW e a localização das bandas 3d do Fe no plano Fe-As. O aumento do caráter orbital planar xy/x2 - y2 na superfície de Fermi parece ser um ingrediente propício para a emergência da supercondutividade nessa classe de compostos

Abstract: The microscopic understanding of the intricate interplay between magnetism and unconventional superconductivity is currently one of the great open questions in condensed matter physics. In particular, compounds with a tetragonal crystal structure seems to be favorable to the emergence of...

Abstract: The microscopic understanding of the intricate interplay between magnetism and unconventional superconductivity is currently one of the great open questions in condensed matter physics. In particular, compounds with a tetragonal crystal structure seems to be favorable to the emergence of such phenomena. The intermetallic compounds BaFe2As2 and EuFe2As2 crystallize in the tetragonal ThCr2Si2-type structure (I 4/mmm) with FeAs sheets separated by barium/europium layers. Both compounds exhibit a structural distortion accompanied by a magnetic spin-density wave (SDW) phase transition at TSDW = 140 K and TSDW = 190 K, respectively. Remarkably, this SDW phase can be tuned toward a superconducting state by substitution and applied pressure. In this thesis, we will present a systematic study of the intermetallic tetragonal compound BaFe2As2 as a function of three parameters: Eu substitution in the Ba crystallographic site, transition metal (TM) substitution (TM = Mn, Co, Ni, Cu, and Ru) in the Fe site, and/or applied hydrostatic pressure. For this purpose, we have grown high-quality single crystals by the alternative In-ux method. The macroscopic characterization has been made by measurements of magnetic susceptibility, specic heat and electrical resistivity at ambient pressure and under hydrostatic pressure. Concerning the microscopic investigation, the experimental approach consists in using electron spin resonance (ESR) technique employing paramagnetic ions of Eu2+ and Mn2+/Cu2+ as probes in the Ba and FeAs planes, respectively and X-ray absorption spectroscopy (XANES and EXAFS) in both As and Fe K edges. In this manner, it was possible to study the site specific spin dynamics and its relation with local distortions in the material. Our results evidentiate that the decrease in the Fe-As distance is intimately related to the SDW phase suppression and to a localization of the Fe 3d bands in the FeAs plane. This increase in the planar xy/x2 - y2 orbital character at the Fermi surface appears to be a propitious ingredient to the emergence of superconductivity in this class of materials