Interação mágnon-fônon e o momento angular do fônon

Abstract

Seguindo uma tendência atual da pesquisa em magnetismo quântico, o objeto do estudo desta dissertação é compreender sistemas com interação entre fônons e mágnons, em um material ferromagnético submetido a um campo magnético variável no tempo H(t). O sistema magneto elástico foi objeto de estudo primeiramente semi-classicamente, onde os resultados mostram, entre outros fenômenos, que em certas condições é possível conver- ter, completamente, um estado de vibrações dos spins (mágnons) em vibrações da rede (fônons). A fim de averiguar sobre as características do fônon convertido do sistema de mágnons, foi analisado a possibilidade do spin do mágnon ser conservado no sistema. Foi relacionado o problema com o caso do campo eletromagnético. Portanto, dividimos o mo- mento angular total associado a deformações elásticas na parte orbital e na parte devida ao spin do fônon, demonstrando o equilíbrio do momento angular com o auxílio da teoria quântica do relaxamento de spin no ambiente elástico. Neste trabalho a teoria quântica do relaxamento fônon-spin, assim observamos o retorno do sistema magneto elástico per- turbado ao equilíbrio, encontrando o momento angular no eixo z ˆ , equivalente ao spin do sistema em questão, ou seja, o spin do fônon. Nessa dissertação foi estudada também a quebra espontânea de simetria, propomos uma ideia de teoria na qual devido a quebra espontânea de simetria no sistema magneto elástico é aniquilado o bóson de Goldstone do sistema magnético (mágnon), convertendo em grau de liberdade no sistema, nesse caso, o fônon adquirindo spin, conservando o grau de liberdade do sistema magneto elástico. Palavras-chaves: Teoria quântica. Fônon. Mágnon. Momento angular. Simetria. Magnetismo.

This theasy fallow a tendency in the research of quantum magnetism, the object of study of this theasis, is comprenhend system with interaction between phonons and magnons, when a ferromagnetic material is exposed to a external time-varying magnetic field H(t). The magneto-elastic system it was analyzed from semi-classical aproach, the results showed that in specific conditions a state of spin (magnons) can be converted entirely into a network vibrations (phonons). Therefore, in order to examine a regarding this character- istic of phonon converted into a magnon system, the possibility of the magnon spin being conserved in the system was analyzed and connect with the electromagnetic field. In this way, we separete the total angular moment, in the elastic deformations associated with the orbital angular moment and the elastic deformation associeted with spin phonon, it thus demonstrating the equilibrium of angular momentum, with the contribution of the quantum theory of spin relaxation on the cristal lattices. In this work it was observed the return of pertubed elastic magnetics system to equilibrium, finding like this the angular momentum on the axis z ˆ , equivalent to the spin of the system in question, that is, the phonon spin. In this Thesis was studied too, the symmetry breaking. We propose an ideia wherein due to the symmetry breaking of the magneto-elastic system, happen innihilation procces at the Goldstone boson of magneto system, transforming a degree of freedom of the system, in this way converting the degree of freedom in the system. Thus the phonon conserve the degree of magneto elastic system. Keywords: Quantum theory. Phonon. Magnon. Angular momentum. Symmetry. Magnetism.