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Título: Systematic study of the physical origin of ferromagnetism in CeO 2 − δ nanoparticles
Título(s) alternativo(s): Estudo sistemático da origem física do ferromagnetismo em nanopartículas de CeO 2 - δ
Autor(es): Ribeiro, André Neves
Ferreira, Nilson dos Santos
Palavras-chave: Física; Ferromagnetismo; Nanoparticulas; Magnetismo; Physical; Ferromagnetismo; Nanoparticles; Magnetismo
Data do documento: 27-Abr-2017
Citação: RIBEIRO, André Neves; FERREIRA, Nilson dos Santos. Systematic study of the physical origin of ferromagnetism in CeO 2 − δ nanoparticles. Physical Review B, v. 95, 2017.
Resumo: We have carried out a Schrieffer-Wolff transformation on a general tight-binding Hamiltonian and obtained a 4f -one-band effective Hubbard Hamiltonian to study the physical origin of ferromagnetism in CeO2−δ nanoparticle systems. For a low temperature regime and low concentrations of oxygen vacancies, isolated vacancies have previously been showed to form on the {100} and {110} surfaces and our studies indicate these will be in singlet and triplet states, respectively. This is sustained by a superexchange interaction between the 4f electrons of the two cerium atoms, which are the nearest neighbors of the vacancy, and ferromagnetism and antiferromagnetism can coexist. Moreover, increasing the vacancy concentration we found that pairs of vacancies, which have been previously shown to form on the {111} surfaces, produce Nagaoka ferromagnetism and isolated vacancies in the bulk produce an antiferromagnetic sign. Furthermore, further oxygen vacancy increases are previously known to favor the formation of oxygen vacancy clusters. In this case, our results showed a weakening of the magnetic correlations with respect to temperature. Thus, at a fixed temperature, the magnetic moment is reduced when the concentration of vacancies is increased, which is in agreement with experimental results reported in the literature. Interestingly, at a room-temperature regime, the antiferromagnetic order is destroyed and only the ferromagnetic couplings, produced mainly by isolated vacancies on the {110} surfaces, survive. Finally, as temperature is increased further, the paramagnetic behavior of 4f electrons dominates.
Resumo (segunda língua): Realizamos uma transformação de Schrieffer-Wolff em um hamiltoniano tight-binding geral e obtivemos um hamiltoniano Hubbard efetivo de 4f-uma-banda para estudar a origem física do ferromagnetismo em sistemas de nanopartículas de CeO2-δ. Para um regime de baixa temperatura e baixas concentrações de vacâncias de oxigênio, vagas isoladas já foram anteriormente formadas nas superfícies {100} e {110} e nossos estudos indicam que elas estarão nos estados singleto e tripleto, respectivamente. Isto é sustentado por uma interação de superexchange entre os elétrons 4f dos dois átomos de cério, que são os vizinhos mais próximos da vaga, e o ferromagnetismo e o antiferromagnetismo podem coexistir. Além disso, aumentando a concentração de vacância, descobrimos que os pares de vagas, que anteriormente se mostraram formar nas superfícies {111}, produzem ferromagnetismo Nagaoka e as vagas isoladas no volume produzem um sinal antiferromagnético. Além disso, mais aumentos de vacância de oxigênio são previamente conhecidos para favorecer a formação de aglomerados de vacância de oxigênio. Neste caso, nossos resultados mostraram um enfraquecimento das correlações magnéticas em relação à temperatura. Assim, a uma temperatura fixa, o momento magnético é reduzido quando a concentração de vagas é aumentada, o que está de acordo com os resultados experimentais relatados na literatura. Curiosamente, em um regime de temperatura ambiente, a ordem antiferromagnética é destruída e apenas os acoplamentos ferromagnéticos, produzidos principalmente por vagas isoladas nas superfícies {110}, sobrevivem. Finalmente, à medida que a temperatura é aumentada, o comportamento paramagnético dos elétrons 4f domina.
Gov't Doc #: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.144430
URI: https://repositorio.ifs.edu.br/biblioteca/handle/123456789/631
Aparece nas coleções:Artigo, Resumo científico e Comunicação em eventos - Física

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