Electrodynamics and phase transitions in materials with magnetic monopoles
El trabajo está dirigido a analizar dos aspectos que están intrínsecamente relacionados. El primero se refiere al estudio de los estados globales y característicos de las estructuras magnéticas de los compuestos denominados "spin-ices" y el segundo se analizan los comportamientos bajo inte...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:203202 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/203202 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Electrodinàmica Monopols magnètics |
| Sumario: | El trabajo está dirigido a analizar dos aspectos que están intrínsecamente relacionados. El primero se refiere al estudio de los estados globales y característicos de las estructuras magnéticas de los compuestos denominados "spin-ices" y el segundo se analizan los comportamientos bajo interacción electromagnética en medios infinitos y en sistemas confinados. La principal novedad de estos compuestos es la existencia de estados excitados globales a bajas temperaturas en los cuales surgen entidades estructurales que mimetizan el comportamiento de monopolos magnéticos. En la primera parte del trabajo, los estados excitados de baja temperatura son estudiados en compuestos del tipo (ETR)₂Ti₂ O₇, dónde ETR se refiere a uno de los diversos lantánidos, principalmente Dy₂Ti₂O₇ y Ho₂Ti₂O₇ . A temperaturas comprendidas entre 0.05K a 0.17K, hay una transición de fase con características similares a un condensado Bose-Einstein cuyos componentes individuales están constituidos por dipolos magnéticos (dos monopolos, una carga magnética positiva y la otra negativa conectados por la interacción Coulombiana y separados por una distancia equivalente a la altura de cada tetraedro de la estructura cristalina la cual es descrita en el texto). Al incrementar la temperatura, dichos dipolos se rompen formando un plasma magnético de cargas positivas y negativas libres o cuasi libres cuya estadística es del tipo Fermi-Dirac. Los procesos de transición termodinámica son descritos por modelos analíticos para estados excitados de baja energía y la descripción de las sucesivas transiciones de fase. Se han determinado los potenciales termodinámicos, calor específico y entropía con los cuales se pueden mostrar las posibles transiciones de fase que ocurren en estos compuestos. En la segunda parte, se realiza un análisis de las ecuaciones de Maxwell modificadas, así como de la fuerza de Lorentz generalizada ante la presencia de estas cargas magnéticas. La solución de estas ecuaciones nos permite obtener resultados que podrían tener interés empírico con tal de detectar monopolos magnéticos en otros compuestos naturales. Se ha estudiado la propagación transversal electromagnética en estos materiales al añadir un intenso campo eléctrico externo que permite deducir la densidad de monopolos por unidad de volumen y la masa efectiva de los mismos. Hemos deducido las soluciones de las ecuaciones duales de Maxwell en medios confinados con simetrías rectangular y cilíndrica. En dichos medios en fase de plasma magnético, se ha obtenido la ecuación no lineal del parámetro de orden del sistema. Las características y propiedades de las soluciones de las ecuaciones de Maxwell modificas han sido determinados en los modos TM, obteniendo la conductividad magnética como una función dependiente de la frecuencia (llamada Magnetricidad); susceptibilidad magnética, tanto como picos de absorción electromagnética, y otras variables como la frecuencia de precesión y la frecuencia característica del plasma o frecuencia del plasmón. El poder obtener dichas frecuencias no ha permitido determinar la masa específica de estas cuasi partículas, siendo básica esta magnitud física para determinar y justificar las propiedades de conducción. El objetivo fundamental de esta parte ha sido poder realizar un análisis sistemático para detectar en otros materiales la presencia de posibles cargas magnéticas efectivas que pudieran aparecer en otros compuestos artificiales a temperatura ambiente, con el interés práctico que esta novedad podría implicar. Por tanto, la finalidad de la segunda parte de la tesis es encaminar un futuro estudio de posibles nuevos materiales que permitiesen construir dispositivos "magnetrónicos" que posibilitaran la transmisión de energía e información. |
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