Estudos de primeiros princípios do LaAIO3 e do SrTiO3 : superfícies e interface

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Alexandre Ramalho
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76846
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Gustavo Martini Dalpian
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spelling Estudos de primeiros princípios do LaAIO3 e do SrTiO3 : superfícies e interfaceSrTiO3LaAlO3GÁS DE ELÉTRONS BIDIMENSIONALTWO DIMENSIONAL ELECTRON GASPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS - UFABCOrientador: Prof. Dr. Gustavo Martini DalpianTese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015.Em 2004, foi descoberto que a interface formada entre as superf'ýcies (001) do SrTiO3 e LaAlO3 apresenta um g'as de el'etrons bidimensional (2DEG), apesar de o bulk desses materiais ser isolante. Em 2011, foi reportado um 2DEG similar na superf'ýcie (001) do SrTiO3. Apesar de haver muitos trabalhos acerca desse assunto, n¿ao h'a um consenso sobre a origem do 2DEG nesses sistemas. Inclu'ýda nesse contexto, esta tese reporta os resultados de c'alculos de primeiros princ'ýpios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) da superf'ýcie (001) dos filmes finos de SrTiO3 e LaAlO3 e da interface (001) formada entre esses dois 'oxidos. Filmes finos de LaAlO3 e SrTiO3 tendem a ter vac¿ancias com menores energias de forma¿c¿ao da superf'ýcie, e quando com vac¿ancias apresentaram comportamento condutor. Filmes finos de SrTiO3 sem defeitos demonstraram comportamento isolante. A vac¿ancia de oxig¿enio na superf'ýcie com termina¿c¿ao TiO2 'e a menos custosa energeticamente, e nesse caso 'e detectado um 2DEG da superf'ýcie do SrTiO3. O mesmo ocorre em filmes finos de LaAlO3, com vac¿ancias de oxig¿enio e termina¿c¿ao AlO2 e vac¿ancias de La e termina¿c¿ao LaO, podendo haver forma¿c¿ao espont¿anea nesses casos. Em ambos os casos, as simula¿c¿oes sugerem que 'e formado um 2DEG na superf'ýcie. As simula¿c¿oes da interface mostraram que para a hete2 roestrutura sem defeitos 'e necess'aria a deposi¿c¿ao de quatro ou mais camadas de LaAlO3 sobre o substrato de SrTiO3 para que ocorra o comportamento met'alico. Vac¿ancias de oxig¿enio se formam preferencialmente na interface quando a espessura do LaAlO3 'e de tr¿es camadas ou menos. Para quatro ou mais camadas de LaAlO3, as vac¿ancias de oxig¿enio tendem a se localizar na superf'ýcie. Para todas as simula¿c¿oes da interface com defeitos, as heteroestruturas apresentaram comportamento met'alico, por'em n¿ao foi detectado um 2DEG na interface, j'a que as cargas n¿ao se apresentaram confinadas na regi¿ao da interface. Vac¿ancias justificam o 2DEG na superf'ýcie (001) de filmes finos de LaAlO3 e SrTiO3, por'em n¿ao explicam o 2DEG na interface entre os mesmos.In 2004 it was discovered that the interface between the (001) SrTiO3 and LaAlO3 surfaces presents a two dimensional electron gas (2DEG), although the bulk of these materials are insulators. In 2011 it was reported a similar 2DEG at (001) SrTiO3 surface. Despite many studies on this subject, there is no consensus about the origin of the 2DEG in these systems. Included in this context, this thesis reports results of first principles calculations based on Density Functional Theory (DFT) about (001) SrTiO3 and LaAlO3 thin films surfaces and the (001) interface formed between these two oxides. For LaAlO3 and SrTiO3 thin films, vacancies tend to have lower formation energies at the surface. Non-defective SrTiO3 thin films have demonstrated an insulator behavior. The oxygen vacancy at the TiO2 terminated surface is the most stable and in this case is observed a 2DEG at the SrTiO3 surface. The same occurs for LaAlO3 thin films with oxygen vacancies and for the AlO2 termination and with La vacancies with LaO termination. These vacancies may be formed spontaneously. In both cases, the simulations suggest a 2DEG at the surface. The interface simulations showed that in the non-defective heterostructure it is necessary the deposition of four or more layers of LaAlO3 over SrTiO3 substrate to occur a metallic behavior. Oxygen 4 vacancies are preferably formed at the interface when the LaAlO3 thickness is three layers or less. For four LaAlO3 layers or more, the oxygen vacancies tend to be located at the surface. For all simulations of the defective interface, the heterostructures showed metallic behavior. However it was not detected a 2DEG at the interface, owing the fact that the charges are not confined at the interface region. Vacancies can justify the 2DEG at the SrTiO3 and LaAlO3 thin films surfaces, however does not explain the 2DEG at the interface between them.Dalpian, Gustavo MartiniArantes Junior, Jeverson TeodoroSouza, Flávio Leandro deOliveira, Helinando Pequeno deLima, Neemias AlvesSilva, Alexandre Ramalho2015info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf195 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76846http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76846&midiaext=70058http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76846&midiaext=70057Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=76846porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-24T11:42:14Zoai:BDTD:76846Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-24T11:42:14Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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