Magnetismo IF-UFRJ, 9 de abril de 2009 Marcello Barbosa da Silva Neto
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1 Magnetismo IF-UFRJ, 9 de abril de 2009 Marcello Barbosa da Silva Neto
2 Aplicações do MAGNETISMO!
3 Magnetismo no dia a dia... Produção de Energia Transporte Discos Rígidos Ressonância Magnética Medicina do Câncer Meio Ambiente e
4 fazer um sapo voar!!! The flying dutch frog levita em um campo magnético de 16 T no laboratório de altos campos magnéticos em Nijmegen.
5 MAGNETISMO = Reconhecimento Curies Gauß Faraday Tesla
6 Um pouco de história MAGNETISMO é uma palavra originária da antiga cidade grega de Magnesia, onde o material magnético, Fe 3 O 4, a magnetita, era abundante. Plínio, o antigo, (23-79 AD Romano) já escrevia sobre uma montanha próxima ao rio Indus que era composta inteiramente de uma rocha que atraía ferro. Bússola chinesa (121 AD) - uma barra de ferro próxima a um destes magnetos naturais poderia adquirir e reter a propriedade magnética e tal barra, quando suspensa por um fio, se alinharia na direção norte-sul.
7 O Conceito de Campos Michael Faraday percebeu que... Um magneto produz um campo magnético distribuído por todo o espaço ao redor
8 O Conceito de Campos Michael Faraday percebeu que... Um magneto produz um campo magnético distribuído por todo o espaço ao redor
9 Polos Norte e Sul - Monopolos
10 Polos Norte e Sul - Monopolos Leis de Gauß - Eletrostática e Magnetostática E = ρ B =0 4πɛ 0
11 Preenchendo TODO o espaço Duas ferraduras O pêndulo caótico
12 Preenchendo TODO o espaço Duas ferraduras O pêndulo caótico
13 A Bússola Moderna O pólo norte da bússola aponta na direção do pólo sul do campo magnético da terra.
14 De volta à bússola chinesa... Campo Magnético Aplicado A barra de ferro usada pelos chineses é um ótimo FERROMAGNETO!
15 Compreendendo o Magnetismo O que são estas flechas magnéticas? Como elas interagem entre si? Exemplos de sistemas magnéticos de interesse! Conclusões
16 O que são estas flechas magnéticas?
17 O que são estas flechas magnéticas? Oersted (1819) agulha p r ó x i m a a u m f i o é defletida. Faraday (1831) magneto em movimento produz corrente elétrica. TODO fenômeno magnético resulta de forças entre cargas eléctricas em movimento!!! L o momento angular ORBITAL
18 A experiência de Stern e Gerlach Mesmo sem movimento orbital os átomos podem ter um momento magnético: o SPIN. O spin é uma propriedade intrínsica das partículas, como sua massa e carga. S o momento angular de SPIN
19 O momento angular total J=L+S µ B = e 2mc
20 Valores Experimentais
21 Valores Experimentais Contribuição ORBITAL irrelevante!!!
22 Quenching da componente orbital L A componente orbital é quenched. Somente o spin é relevante. A componente orbital Não é quenched. O spin TOTAL J é o objeto relevante.
23 To quench or not to quench
24 To quench or not to quench Metais de transição - Quenched!
25 To quench or not to quench Metais de transição - Quenched! Terras raras NÃO quenched!
26 Afinal de contas: o que é quenching? Mn : [Ar]3d 5 4s 2
27 Afinal de contas: o que é quenching? Mn : [Ar]3d 5 4s 2 Parcialmente preenchida
28 Afinal de contas: o que é quenching? Mn 3+ : [Ar]3d 4 Parcialmente preenchida Camada 3d 4 - Exposta!!!
29 Quenching de L - metais de transição Mn 3+ :[Ar]3d 4 S = 2, L = Os elétrons da camada-d sentem FORTEMENTE o campo cristalino
30 Quenching de L - metais de transição Mn 3+ :[Ar]3d 4 S = 2, L = Os elétrons da camada-d sentem FORTEMENTE o campo cristalino
31 Quenching de L - metais de transição Mn 3+ :[Ar]3d 4 E L 0 eg t2g
32 Quenching de L - metais de transição E Mn 3+ :[Ar]3d 4 L =0
33 Quenching de L - metais de transição E Mn 3+ :[Ar]3d 4 L =0
34 Não quenching de L nos terras raras U : [Rn]7s 2 5f 3 6d 1
35 Não quenching de L nos terras raras U : [Rn]7s 2 5f 3 6d 1 Parcialmente preenchida
36 Não quenching de L nos terras raras U 4+ : [Rn]5f 2 Parcialmente preenchida Camada 5f incompleta
![Não quenching de L nos terras raras U 4+ : [Rn]5f 2](/docs-images/69/61488042/images/37-2.jpg "Parcialmente preenchida Camada 5f incompleta 5p, 6s - Completas")
37 Não quenching de L nos terras raras U 4+ : [Rn]5f 2 Parcialmente preenchida Camada 5f incompleta 5p, 6s - Completas Blindagem!!!
38 Não quenching de L nos terras raras U U 4+ :[Rn]5f 2 S = 1, L = 5 J= L-S =
39 Não quenching de L nos terras raras U U 4+ :[Rn]5f 2 S = 1, L = 5 J= L-S =
![Não quenching de L nos terras raras U U 4+ :[Rn]5f 2 S = 1, L = 5 J= L-S =4 3 2 1 0-1 -2-3](/docs-images/69/61488042/images/40-2.jpg "Os elétrons da camada-f são BLINDADOS pelos elétrons 5p e 6s e NÃO SENTEM o campo")
40 Não quenching de L nos terras raras U U 4+ :[Rn]5f 2 S = 1, L = 5 J= L-S = Os elétrons da camada-f são BLINDADOS pelos elétrons 5p e 6s e NÃO SENTEM o campo cristalino
41 Como as flechas magnéticas interagem entre si?
42 Como se dá a interação magnética? Configurações magnéticas diferentes podem surgir à partir de diferentes tipos de interação. H = R,R J ab (R, R )S a (R)S b (R ) [J ab ]= J J J [J ab ]= J J [J ab ]= J Modelo de Heisenberg Modelo XY Modelo de Ising Diamagnetismo, Paramagnetismo, Ferromagnetismo, Antiferromagnetismo e Ferrimagnetismo.
43 Exemplos de estados magnéticos Diamagnetismo: os átoms não possuem momento magnético. Paramagnetismo: os átoms possuem momentos magnéticos aleatóreos. Ferromagnetismo: os átoms possuem momentos magnéticos paralelos. Anti-ferromagnetismo: os átoms possuem momentos magnéticos antiparalelos. Ferrimagnetismo: os átoms possuem momentos magnéticos antiparalelos, mas com magnitudes diferentes.
44 Suscetibilidade Magnética Suscetibilidade Magnética
45 Lei de Curie Weiss
46 Lei de Curie Weiss U 4+ :[Rn]5f 2 S = 1, L = 5 J= L-S =4
47 Histerese em Ferromagnetos
48 Exemplos de sistemas magnéticos em Matéria Condensada
49 Sistemas da Matéria Condensada com Interações de Troca Distintos Miragem Quântica - ressonância Kondo Magnetoresistência Colossal - hard drives Spin-Ice - monopolos magnéticos!!! e muito mais
50 Miragem Quântica
51 Troca Indireta (RKKY) - oscilações de Fridel H = R,R J ab (R, R )S a (R)S b (R ) J ab (R, R )=Γ ab sin(r) r cos(r) r 4 Desordem Criticalidade Quântica!
52 Criticalidade Quântica - Férmions Pesados U Ru,Re Si H = R,R J ab (R, R )S a (R)S b (R )
53 Criticalidade Quântica - Férmions Pesados U Ponto Crítico Quântico? Ru,Re Si H = R,R J ab (R, R )S a (R)S b (R )
54 Miragem Quântica: ressonância Kondo!!!
55 Miragem Quântica: ressonância Kondo!!! Interferência construtiva na densidade eletrônica
56 Magnetoresistência Colossal
57 Dupla Troca nas manganitas Itinerante Localizado
58 Dupla Troca nas manganitas Itinerante Localizado
59 Dupla Troca nas manganitas Itinerante Localizado
60 Dupla Troca nas manganitas Itinerante Localizado
61 Dupla Troca nas manganitas Itinerante Localizado
62 Dupla Troca nas manganitas Itinerante Localizado O transporte é favorecido pelo alinhamento ferromagnético!
63 Magnetoresistência Colossal O campo magnético alinha todos os íons Mn3+. Redução Drástica na resistividade: 100,000 % Enorme potencial para aplicações como sensores de leitura nasensors na electrônica.
64 O prêmio Nobel de 2007 Albert Fert Peter Grünberg
65 O prêmio Nobel de 2007 Albert Fert Peter Grünberg
66 Monopolos Magnéticos
67 Polos Norte e Sul - Monopolos Leis de Gauß - Eletrostática E = ρ e Magnetostática B =0 4πɛ 0
68 Polos Norte e Sul - Monopolos Leis de Gauß - Eletrostática E = ρ e Magnetostática B =0 4πɛ 0 No Vácuo!!!
69 Monopolos - Física EMERGENTE Sólidos proveem MEIOS para monopolos B = (H +4πM) =0 H e M podem ter divergentes NÃO nulos
70 Monopolos de Dirac em Spin-Ice Dy 2 Ti 2 O 7 Ho 2 Ti 2 O 7 µ eff 10µ B
71 Monopolos de Dirac em Spin-Ice Dy 2 Ti 2 O 7 Ho 2 Ti 2 O 7 µ eff 10µ B Interações DIPOLARES
72 Estrutura molecular tipo ICE
73 Estrutura molecular tipo ICE
74 Estrutura molecular tipo ICE
75 Estrutura molecular tipo ICE Ice-rule: entram 2 saem 2
76 Estrutura molecular tipo ICE Ice-rule: entram 2 saem 2
77 Estrutura molecular tipo ICE 120 o Ho 2 Ti 2 O 7
78 Estrutura molecular tipo ICE 120 o Ho 2 Ti 2 O 7 Ice-rule: entram 2 saem 2
79 Monopolos de Dirac
80 Monopolos de Dirac
81 Monopolos de Dirac
82 Monopolos de Dirac Gás de Coulomb / Monopolos µ 0 4π q 2 m r
83 A string de Dirac O custo energético para separar os monopolos é FINITO!!!
84 De volta aos monopolos...
85 Evidência experimental em Dy2 Ti2 O7
86 Evidência experimental em Dy2 Ti2 O7
87 Evidência experimental em Dy 2 Ti 2 O 7 Transição gás-líquido de 1 a ordem - proliferação de monopolos
88 Outras aplicações futuras... Co em nanotubos q-bits no grafeno
89 Outras aplicações futuras... Co em nanotubos q-bits no grafeno Magnetismo pode ser usado para fins mais nobres que levitar sapos!!!
90 Que tal morangos? O moranguês voador!
91 Muito Obrigado!!!
92 Muito Obrigado!!!
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