Estrutura eletrônica de perovskitas duplas de ferro

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martins, Henrique Perin
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/55456
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Miguel Abbate
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spelling Martins, Henrique PerinUniversidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduaçao em FísicaAbbate, Miguel2018-10-26T14:08:38Z2018-10-26T14:08:38Z2018https://hdl.handle.net/1884/55456Orientador: Prof. Dr. Miguel AbbateTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa : Curitiba, 26/02/2018Inclui referências: p.89-98Resumo: As interações eletromagnéticas elétron-elétron e elétron-núcleo dão lugar à estrutura eletrônica, cuja compreensão é substancial para entender a origem das propriedades elétricas, magnéticas e ópticas de materiais. Dentre as consequências das interações entre elétrons figuram os efeitos de muitas partículas, os quais têm papel importante na descrição de compostos como óxidos de metais de transição. No entanto, a complexidade dos efeitos é um obstáculo ao descrevê-los, especialmente no âmbito computacional.Nesta tese foram estudadas as estruturas eletrônicas dos compostos Sr2FeMoO6, Sr2 - xLaxFeMoO6 (x _ 0, 0,3, 0,5, 0,6 e 1,0) e Sr3FeNiO7, óxidos de metais de transição pertencentes à classe das perovskitas duplas. O estudo foi feito com a interpretação de resultados experimentais de espectroscopia de raios X a partir de cálculos de muitas partículas e de estrutura de bandas. Um modelo de cluster duplo foi originalmente desenvolvido e implementado computacionalmente, o qual permite o cálculo do estado fundamental, de estados excitados e de propriedades físicas de perovskitas que contêm metais de transição. O Hamiltoniano modelo inclui os ingredientes principais e necessários para a descrição, como correlação eletrônica, troca intra-atômica e hibridização dos metais com ligantes, todos em função de parâmetros físicos específicos para cada composto. A perovskita dupla Sr2FeMoO6 é um meio-metal, tem comportamento ferrimagnético, e apresenta magnetorresistência de tunelamento em temperatura ambiente sob efeito de campos magnéticos relativamente baixos. A interpretação das medidas de absorção de raios X nas bordas de Fe 2p, Mo 2p e O 1s revelou a combinação de valências Fe3+-Mo5+ e um alto grau de covalência com os estados de O 2p. A inclusão da hibridização e da correlação eletrônica no modelo foi crucial para reproduzir e compreender as estruturas encontradas nos espectros de fotoemissão dos níveis internos Fe 2p, Mo 3p e da banda de valência. O nível de Fermi é dominado por estados Mo t2g#-O 2p-Fe t2g#, os quais dão lugar à condução polarizada em spin do composto. A contribuição de Mo 4d na banda de valência foi determinada a partir da fotoemissão ressonante no entorno da borda de Mo 2p3 2 e entendida em termos de cálculos de estrutura de bandas. A condutividade óptica do material foi calculada e comparada a resultados experimentais, confirmando o caráter meio-metálico do composto. Com a substituição química, a série Sr2 - xLaxFeMoO6 apresenta um aumento na temperatura de ordenamento magnético. Medidas de absorção de raios X nas bordas de Fe 2p e O 1s mostraram que a dopagem gradual com um elétron preenche estados desocupados de Mo t2g#-O 2p. Por sua vez, a perovskita dupla Sr3FeNiO7 faz parte da classe de compostos em camadas do tipo Ruddlesden-Popper. Amostras cristalinas do composto apresentam comportamento semicondutor e paramagnético. Medidas de absorção de raios X nos níveis de Fe 2p, Ni 2p e O 1s foram interpretadas com cálculos de multipletos atômicos. O estado fundamental do sistema é altamente covalente e apresenta valências nominais Fe4+-Ni3+, com os metais de transição no regime de transferência negativa de carga. O entrelaço entre técnicas experimentais e métodos teóricos apropriados engrandece o estudo da estrutura eletrônica de materiais fortemente correlacionados. Palavras-chave: perovskita dupla, modelo de cluster duplo, espectroscopia de raios X.Abstract: The electron-electron and electron-nuclei electromagnetic interactions give rise to the electronic structure, and its compreension is substantial to understand the physical and chemical properties of materials. The many-body effects appear among the main consequences of electron-electron interactions and play an important role in the description of compounds such as transition metal oxides. However, the complexity of these effects is an obstacle to a correct description, especially in the computational scope. The electronic structure of the double perovskites Sr2FeMoO6, Sr2 - xLaxFeMoO6 (x _ 0, 0,3, 0,5, 0,6 and 1,0), and Sr3FeNiO7 were studied in this thesis. Experimental X-ray spectroscopy results were interpreted in terms of many-body and band structure calculations. A double cluster model was developed and implemented computationally, which allows the calculation of ground state, excited states and physical properties of transition metal perovskites. The model Hamiltonian includes the main and necessary ingredients for the description, such as electronic correlation, intra-atomic exchange and ligand hybridization, all depending on compound specific physical parameters. The Sr2FeMoO6 compound is a ferrimagnetic half-metal and presents room-temperature tunneling magnetoresistance at relatively low magnetic fields. Interpretation of the Fe 2p, Mo 2p and O 1s X-ray absorption measurements revealed a combination of Fe3+-Mo5+ ions, presenting a high degree of covalence with O 2p states. The inclusion of hybridization and electronic correlation in the model was crucial to reproduce and understand the structures found in the Fe 2p, Mo 3p and valence band photoemission spectra. The Fermi level is dominated by Mo t2g#-O 2p-Fe t2g# states, which give rise to spin polarized conduction in the compound. The Mo 4d contribution in the valence band was established using Mo 2p3 2 resonant photoemission and understood in terms of band structure and cluster model calculations. The optical conductivity of the materialwas calculated and compared to experimental results, which confirmed the half-metallic character of the compound. With the gradual chemical substitution, the series Sr2 - xLaxFeMoO6 presents an increase in the magnetic ordering temperature. X-ray absorption measurements at Fe 2p and O 1s edges showed that the electron doping fills the Mo t2g#-O 2p mixed states. Finally, the double perovskite Sr3FeNiO7 is a member of the Ruddlesden-Popper series, a class of layered perovskite compounds. Crystalline samples of the compound exhibit semiconductor and paramagnetic behavior. X-ray absorption measurements at the Fe 2p, Ni 2p, and O 1s edges were interpreted using atomic multiplet calculations. The ground state of the compound is highly covalent, presenting the transition metals in the negative charge transfer regime with nominal Fe4+-Ni3+ valence states. The interweave of experimental techniques and appropriate theoretical methods greatly enhances the study of electronic structure of strongly correlated materials. Keywords: double perovskite, double cluster model, X-ray spectroscopy.120 p. : il.application/pdfOxidosFisicaEstrutura eletronicaFerroTesesEstrutura eletrônica de perovskitas duplas de ferroinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - HENRIQUE PERIN MARTINS.pdfapplication/pdf4328714https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/55456/1/R%20-%20T%20-%20HENRIQUE%20PERIN%20MARTINS.pdf8937b674530c37d9d4b40d815f201cc0MD51open access1884/554562018-10-26 11:08:38.752open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/55456Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082018-10-26T14:08:38Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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