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  • Magnetismo

    IF-UFRJ, 9 de abril de 2009 Marcello Barbosa da Silva Neto

  • Aplicaes

    do

    MAGNETISMO!

  • Magnetismo no dia a dia...

    e

    Produo de Energia Transporte

    Ressonncia Magntica Medicina do Cncer

    Discos Rgidos

    Meio Ambiente

  • fazer um sapo voar !!!

    The flying dutch frog levita em um campo magntico de 16 T no laboratrio de altos campos magnticos em Nijmegen.

  • MAGNETISMO = Reconhecimento

    Curies

    Faraday

    Gau

    Tesla

  • Um pouco de histria

    MAGNETISMO uma palavra originria da antiga cidade grega de Magnesia, onde o material magntico, Fe3O4, a magnetita, era abundante.

    Plnio, o antigo, (23-79 AD Romano) j escrevia sobre uma montanha prxima ao rio Indus que era composta inteiramente de uma rocha que atraa ferro.

    Bssola chinesa (121 AD) - uma barra de ferro prxima a um destes magnetos naturais poderia adquirir e reter a propriedade magntica e tal barra, quando suspensa por um fio, se alinharia na direo norte-sul.

  • O Conceito de Campos

    Um magneto produz um campo magntico distribudo por todo o espao ao redor

    Michael Faraday percebeu que ...

  • O Conceito de Campos

    Um magneto produz um campo magntico distribudo por todo o espao ao redor

    Michael Faraday percebeu que ...

  • Polos Norte e Sul - Monopolos

  • Polos Norte e Sul - Monopolos

    E = 4#0

    B = 0

    Leis de Gau - Eletrosttica e Magnetosttica

  • Preenchendo TODO o espao

    Duas ferraduras O pndulo catico

  • Preenchendo TODO o espao

    Duas ferraduras O pndulo catico

  • A Bssola Moderna

    O plo norte da bssola aponta na direo do plo sul do campo magntico da terra.

  • De volta bssola chinesa ...

    Campo Magntico AplicadoA barra de ferro usada pelos chineses

    um timo FERROMAGNETO!

  • Compreendendo o Magnetismo

    O que so estas flechas magnticas ?

    Como elas interagem entre si ?

    Exemplos de sistemas magnticos de interesse!

    Concluses

  • O que so estas flechas magnticas?

  • O que so estas flechas magnticas?

    Oersted (1819) agulha p rx ima a um f i o defletida.

    Faraday (1831) magneto em movimento produz corrente eltrica.

    TODO fenmeno magntico resulta de foras entre cargas elctricas em movimento !!!

    L o momento angular ORBITAL

  • A experincia de Stern e Gerlach

    Mesmo sem movimento orbital os tomos podem ter um momento magntico: o SPIN.

    O spin uma propriedade intrnsica das partculas, como sua massa e carga.

    S o momento angular de SPIN

  • O momento angular total J=L+S

    B = e!2mc

  • Valores Experimentais

  • Valores Experimentais

    Contribuio ORBITAL irrelevante !!!

  • Quenching da componente orbital L

    A componente orbital quenched.Somente o spin relevante.

    A componente orbital No quenched.O spin TOTAL J o objeto relevante.

  • To quench or not to quench

  • To quench or not to quench

    Metais de transio - Quenched!

  • To quench or not to quench

    Metais de transio - Quenched!

    Terras raras NO quenched!

  • Afinal de contas: o que quenching?

    Mn : [Ar]3d54s2

  • Afinal de contas: o que quenching?

    Mn : [Ar]3d54s2

    Parcialmente preenchida

  • Afinal de contas: o que quenching?

    Mn3+ : [Ar]3d4

    Parcialmente preenchida

    Camada 3d4 - Exposta!!!

  • Mn3+ : [Ar]3d4

    Quenching de L - metais de transio

    Os eltrons da camada-d sentemFORTEMENTE o campo cristalino

    S = 2, L = 2

    2 1 0 -1 -2

  • Mn3+ : [Ar]3d4

    Quenching de L - metais de transio

    Os eltrons da camada-d sentemFORTEMENTE o campo cristalino

    S = 2, L = 2

    2 1 0 -1 -2

  • E

    eg

    t2g

    Quenching de L - metais de transio

    Mn3+ : [Ar]3d4 !L 0

  • E

    Quenching de L - metais de transio

    Mn3+ : [Ar]3d4

    !L = 0

  • E

    Quenching de L - metais de transio

    Mn3+ : [Ar]3d4

    !L = 0

  • U : [Rn]7s25f36d1

    No quenching de L nos terras raras

  • U : [Rn]7s25f36d1

    No quenching de L nos terras raras

    Parcialmente preenchida

  • Camada 5f incompleta

    Parcialmente preenchida

    U4+ : [Rn]5f2

    No quenching de L nos terras raras

  • 5p, 6s - CompletasBlindagem!!!Camada 5f incompleta

    Parcialmente preenchida

    U4+ : [Rn]5f2

    No quenching de L nos terras raras

  • No quenching de L nos terras raras

    S = 1, L = 5

    3 2 1 0 -1 -2 -3

    J=|L-S|=4

    U4+ : [Rn]5f2U

  • No quenching de L nos terras raras

    S = 1, L = 5

    3 2 1 0 -1 -2 -3

    J=|L-S|=4

    U4+ : [Rn]5f2U

  • No quenching de L nos terras raras

    Os eltrons da camada-f so BLINDADOS pelos eltrons 5p e 6s e NO SENTEM o campo cristalino

    S = 1, L = 5

    3 2 1 0 -1 -2 -3

    J=|L-S|=4

    U4+ : [Rn]5f2U

  • Como as flechas magnticas interagem entre si ?

  • Como se d a interao magntica ? Configuraes magnticas diferentes podem surgir partir

    de diferentes tipos de interao.

    Diamagnetismo, Paramagnetismo, Ferromagnetismo, Antiferromagnetismo e Ferrimagnetismo.

    Modelo de Heisenberg Modelo XY Modelo de Ising

    [Jab] =

    J 0 00 J 00 0 J

    [Jab] =

    J 0 00 J 00 0 0

    [Jab] =

    0 0 00 0 00 0 J

    H =

    R,R

    Jab(R,R)Sa(R)Sb(R)

  • Exemplos de estados magnticosDiamagnetismo: os toms nopossuem momento magntico.

    Paramagnetismo: os toms possuem momentos magnticos aleatreos.

    Ferromagnetismo: os toms possuem momentos magnticos paralelos.

    Anti-ferromagnetismo: os toms possuem momentos magnticos antiparalelos.

    Ferrimagnetismo: os toms possuem momentos magnticos antiparalelos,mas com magnitudes diferentes.

  • Suscetibilidade Magntica

    SuscetibilidadeMagntica

  • Lei de Curie Weiss

  • Lei de Curie Weiss

    S = 1, L = 5 J=|L-S|=4

    U4+ : [Rn]5f2

  • Histerese em Ferromagnetos

  • Exemplos de sistemas magnticos em Matria Condensada

  • Sistemas da Matria Condensada com Interaes de Troca Distintos

    Miragem Quntica - ressonncia Kondo

    Magnetoresistncia Colossal - hard drives

    Spin-Ice - monopolos magnticos!!!

    e muito mais

  • Miragem Quntica

  • Troca Indireta (RKKY) - oscilaes de Fridel

    Desordem

    Criticalidade Quntica!

    H =

    R,R

    Jab(R,R)Sa(R)Sb(R)

    Jab(R,R) = absin(r) r cos(r)

    r4

  • Criticalidade Quntica - Frmions Pesados

    U

    Ru,Re

    Si

    H =

    R,R

    Jab(R,R)Sa(R)Sb(R)

  • Criticalidade Quntica - Frmions PesadosPonto Crtico Quntico ?

    U

    Ru,Re

    Si

    H =

    R,R

    Jab(R,R)Sa(R)Sb(R)

  • Miragem Quntica: ressonncia Kondo!!!

  • Interferncia construtiva na densidade eletrnica

    Miragem Quntica: ressonncia Kondo!!!

  • Magnetoresistncia Colossal

  • Dupla Troca nas manganitas

    Localizado

    Itinerante

  • Dupla Troca nas manganitas

    Localizado

    Itinerante

  • Dupla Troca nas manganitas

    Localizado

    Itinerante

  • Dupla Troca nas manganitas

    Localizado

    Itinerante

  • Dupla Troca nas manganitas

    Localizado

    Itinerante

  • Dupla Troca nas manganitas

    O transporte favorecido pelo alinhamento ferromagntico!

    Localizado

    Itinerante

  • Magnetoresistncia Colossal

    O campo magntico alinha todos os ons Mn3+.

    Reduo Drstica na resistividade: 100,000 %

    Enorme potencial para aplicaes como sensores de leitura nasensors na electrnica.

  • Peter GrnbergAlbert Fert

    O prmio Nobel de 2007

  • Peter GrnbergAlbert Fert

    O prmio Nobel de 2007

  • Monopolos Magnticos

  • Polos Norte e Sul - Monopolos

    E = 4#0

    B = 0Leis de Gau - Eletrosttica e Magnetosttica

  • Polos Norte e Sul - Monopolos

    E = 4#0

    B = 0Leis de Gau - Eletrosttica e Magnetosttica

    No Vcuo!!!

  • Monopolos - Fsica EMERGENTE

    Slidos proveem MEIOS para monopolos

    B = (H + 4M) = 0H e M podem ter divergentes NO nulos

  • Monopolos de Dirac em Spin-Ice

    Ho2Ti2O7Dy2Ti2O7

    eff 10B

  • Monopolos de Dirac em Spin-Ice

    Ho2Ti2O7Dy2Ti2O7

    eff 10B

    Interaes DIPOLARES

  • Estrutura molecular tipo ICE

  • Estrutura molecular tipo ICE

  • Estrutura molecular tipo ICE

  • Estrutura molecular tipo ICE

    Ice-rule: entram 2 saem 2

  • Estrutura molecular tipo ICE

    Ice-rule: entram 2 saem 2

  • Estrutura molecular tipo ICE

    120oHo2Ti2O7

  • Estrutura molecular tipo ICE

    120oHo2Ti2O7

    Ice-rule: entram 2 saem 2

  • Monopolos de Dirac

  • Monopolos de Dirac

  • Monopolos de Dirac

  • Monopolos de Dirac

    04

    q2mr

    Gs de Coulomb / Monopolos

  • A string de Dirac

    O custo energtico para separar os monopolos FINITO!!!

  • De volta aos monopolos...

  • Evidncia experimental em Dy2Ti2O7

  • Evidncia experimental em Dy2Ti2O7

  • Evidncia experi