New magnetic phenomena in rare-earth intermetallics RCo2

Resumen

Dentro de los RCo2, el sistema ErCo2 muestra dos fenómenos físicos muy interesantes que subyacen en la motivación de este proyecto de tesis. De un lado, el sistema ErCo2, presenta una transición de fase magnética y estructural de primer orden, mostrando también altos valores de cambio entrópico en Tc al aplicar un campo magnético al sistema. Por estas razones ErCo2, es considerado como un buen candidato en el diseño de dispositivos de refrigeración magnética. Otros miembros de esta familia de compuestos tales como HoCo2 y DyCo2 también presentan altos valores de cambio entrópico. Diferentes técnicas experimentales han dejado claro que ambos compuestos sufren transiciones de fase de primer orden. Sin embargo, las medidas de diferentes propiedades físicas del DyCo2 en función de la temperatura no muestran los cambios fuertemente abruptos en Tc propios de un sistema con transición de fase de primer orden, por lo que se considera un sistema débil de primer orden. Si bien el orden de la transición de fase magnética puede determinarse a partir de medidas de calorimetría, calor específico o resistividad, estas técnicas requieren de largas medidas cuidadosas. Adicionalmente las medidas de calorimetría en sistemas de tamaño nanoscópico no son suficientemente sensibles para seguir los rápidos cambios en la temperatura para esos tamaños de muestra. Por estas razones las medidas puramente magnéticas, que suelen hacerse en un magnetómetro SQUID, son una alternativa para determinar el orden de la transición de fase de un sistema. En particular para discernir el orden de una transición se utiliza el criterio de Banerjee. De acuerdo con Banerjee, si los gráficos de Arrot muestran una pendiente negativa, entonces estos sistemas tienen transición de fase de primer orden. Sin embargo se ha mostrado que el criterio no es suficiente para discernir el orden de la transición del sistema DyCo2. En esta tesis se propone un criterio alternativo al de Banerjee al considerar la curva universal para el cambio entrópico de los sistemas con transición de fase de segundo orden. En 2007, Franco et al. ha mostrado que es posible reescalar las curvas de cambio entrópico magnético para diferentes valores de campo aplicado en una sola curva, siempre que el material tenga transición de fase de segundo orden. Dichas curvas se obtienen a partir de medidas puramente magnéticas. En esta tesis hemos encontrado que este comportamiento universal del efecto magnetocalórico no se mantiene en los sistemas que sufren una transición de fase de primer orden. Puesto que este análisis de las curvas de cambio entrópico muestra que la curva universal solo se mantiene para las transiciones de fase de segundo orden, se propone un nuevo criterio, alternativo al de Banerjee, para distinguir el orden de las transiciones de fase a partir de medidas puramente magnéticas. De otro lado, el interés en el ErCo2 va mas allá de de sus propiedades magnetocalóricas. Recientemente Herrero et al., han propuesto un diagrama de fases magnético más completo para este sistema, a través de medidas de dicroísmo magnético circular de rayos X (XMCD). En particular las medidas de XMCD se han enfocado en la región paramagnética. A temperaturas inferiores a la temperatura de orden y bajo un campo magnético aplicado (H), la subred de Co esta acoplada ferrimagnéticamente con la subred de tierra-rara por lo que el momento magnético neto de ambas subredes es antiparalelo y tiene direcciones opuestas. Para T< Tc es de esperarse que tanto el momento magnético neto de la subred de Co como el de la subred de R apunten en la dirección de H. Sin embargo las medidas de XMCD muestran que a lo largo de un intervalo de temperatura con un ancho de hasta 3Tc a campo cero, el momento magnético neto de la subred de Co permanece antiparalelo al momento magnético neto de la subred de tierra-rara. Esta nueva configuración magnética de los momentos netos de Co y R recibe el nombre de configuración parimagnética. En esta tesis hemos generalizado el fenómeno del parimagnetismo a otros sistemas de la familia de fases de Laves de cobalto, en partícular al HoCo2 y al TmCo2. Ligado al parimagnetismo, se ha detectado la formación de correlaciones de corto alcance entre los momentos de Co a temperaturas superiores a Tc, a partir de medidas de difracción de neutrones de bajo ángulo (SANS) que se ha realizado en el sistema HoCo2. Cálculos de estructura electrónica dentro del formalismo de la teoría del funcional densidad han mostrado que la inclusión de defectos locales en la estructura, tales como una impureza intersticial, o una substitución de un átomo de Gd por un átomo de Co, dan lugar a la formación de momento magnético en el sitio del Co tal como lo reflejan las medidas de XMCD. Medidas de susceptibilidad ac bajo diferentes campos y frecuencias han permitido un estudio inicial de la dinámica de las correlaciones y han mostrado que a lo largo de la fase parimagnética los sistemas RCo2 con Ho y Tm tienen un comportamiento similar a las llamadas fases de Griffiths. Pero a diferencia de una fase de Griffiths convencional en la que el sistema esta diluido estructuralmente, en este caso proponemos la dilución de los momentos magnéticos, lo que también explica la formación de las correlaciones de corto alcance en la fase desordenada de estos sistemas.