Estrutura eletrônica da série Nb1-xMxB (M = Zr, Mo)

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Jacuboski, Rafaela, 1997-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/71504
Resumo: Orientador: Rodrigo José Ochekoski Mossanek
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spelling Jacuboski, Rafaela, 1997-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em FísicaMossanek, Rodrigo Jose Ochekoski, 1983-2022-01-13T19:28:36Z2022-01-13T19:28:36Z2020https://hdl.handle.net/1884/71504Orientador: Rodrigo José Ochekoski MossanekDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa : Curitiba, 25/02/2021Inclui referências: p. 70-75Área de concentração: FísicaResumo: Os boretos de metais de transicao sao conhecidos por possuirem diversas propriedades interessantes, dentre elas destacam-se ultra-incompressibilidade, super dureza e supercondutividade. A origem microscopica de tais propriedades esta na estrutura eletronica dos materiais, por isso o seu estudo se faz tao importante. Uma forma de manipular a estrutura eletronica e, por consequencia, as propriedades de um material e atraves do controle de preenchimento da banda de valencia, utilizando a dopagem com buraco ou com eletron, o que altera a densidade de estados (DOS) no nivel de Fermi, grandeza relacionada as propriedades condutoras dos materiais. Dessa forma, o objetivo desse trabalho e o estudo da estrutura eletronica do monoboreto de niobio (NbB) sob influencia de dopagem com buraco (Zr) e com eletron (Mo). Com esse intuito, o material foi dopado com diferentes concentracoes de Zr e Mo, obtendo amostras policristalinas de ZrxNb1?xB e MoxNb1?xB. As abordagens envolveram tanto tecnicas experimentais, espectroscopia de fotoemissao (PES) da banda de valencia e espectroscopia de fotoemissao ressonante (RPES) da borda L3 do Nb, quanto metodos teoricos, calculo de estruturas de bandas por meio da teoria do funcional da densidade (DFT), a partir do qual calculamos a DOS e as propriedades opticas. Como resultado do calculo de estrutura de bandas, verificamos que todos os sistemas estudados sao paramagneticos e metalicos. Alem disso, a principal consequencia da dopagem com Zr ou Mo foi o deslocamento do nivel de Fermi para a esquerda ou para a direita, respectivamente, sendo que esse deslocamento foi rigido nos casos de baixas concentracoes de dopagem e, para concentracoes maiores, houve tambem alteracoes na forma da DOS. Essas curvas de DOS concordaram com o espectro de PES em ambas posicao e intensidade das principais estruturas. Ainda, os espectros de RPES mostraram, em todos os casos, que a diferenca entre os espectros fora (2360 eV) e dentro (2372 eV) da ressonancia e mais evidente proximo ao nivel de Fermi, sendo essa relacionada a banda Nb 4d, a qual de fato possui maior contribuicao nessa regiao. Os calculos de RPES foram obtidos pela DOS normalizada com calculos do estado inicial constante (CIS), os quais concordam com os espectros experimentais, apresentando as diferencas fora-dentro da ressonancia nas mesmas posicoes. Os calculos das propriedades opticas mostraram a relacao entre as estruturas da funcao dieletrica imaginaria ?2 e as principais transicoes da DOS, alem da presenca da estrutura de Drude em ?2 e na condutividade optica ? para todos os compostos, confirmando o carater metalico desses. Por fim, o principal efeito observado devido a dopagem foi a alteracao na velocidade de decaimento nas estruturas de Drude, a qual mostramos estar relacionada com a frequencia de plasma de cada composto, que por sua vez e funcao da DOS no nivel de Fermi desses. Palavras-chave: estrutura eletronica, NbB, boretos de metais de transicao, dopagem, calculo de estrutura de bandas, fotoemissaoAbstract: The transition metal borides are known to have several interesting properties, among which are ultra-incompressibility, super hardness and superconductivity. The microscopic origin of such properties lies in the materials' electronic structure, which is why the study of this is so important. One way to manipulate the electronic structure and, consequently, the material's properties is through valence band filling control, doping it with hole or electron, which alters the density of states (DOS) at the Fermi level, a quantity related to materials' conductive properties. Thus, the goal of this work is the study of the electronic structure of niobium monoboride (NbB) under the influence of hole (Zr) and electron (Mo) doping. In order to do so, this material was doped with different concentrations of Zr and Mo, obtaining polycrystalline samples of ZrxNb1?xB and MoxNb1?xB. The approaches involved both experimental techniques, through valence band photoemission spectroscopy (PES) and Nb L3 resonant photoemission spectroscopy (RPES), as well as theoretical methods, through band structure calculations by means of density functional theory (DFT), from which we calculated the DOS and the optical properties. As a result of the band structure calculation, we verified that all studied systems are paramagnetic and metallic. In addition, the main consequence of Zr or Mo doping was the shift of the Fermi level to left or right, respectively, and this displacement was rigid in cases of low doping concentrations and, for higher concentrations, there were also changes in the DOS shape. These DOS curves agreed with the PES spectrum in both position and intensity of the main structures. Furthermore, the RPES spectra showed, in all cases, that the difference between off (2360 eV) and on (2372 eV) resonance spectra is more evident close to the Fermi level, quantity related to the Nb 4d band, which indeed has a greater contribution in this region. The RPES calculations were obtained by DOS normalized with constant initial state (CIS) calculations, which agreed with the experimental spectra, showing the on-off resonance differences in the same positions. The optical properties calculations showed the relationship between the imaginary dielectric function's (?2) structures and the main DOS transitions, in addition to the presence of the Drude structure in ?2 and in the optical conductivity ? for all compounds, confirming their metallic character. Finally, the main doping effect observed was the change in the decay speed in the Drude structures, which we have shown to be related to the plasma frequency of each compound, which in turn is a function of the DOS at the Fermi level of these. Keywords: electronic structure, NbB, transition metal borides, doping, band structure calculation, photoemission1 arquivo (77 p.) : PDF.application/pdfEstrutura eletronicaFísicaNiobioEstrutura eletrônica da série Nb1-xMxB (M = Zr, Mo)info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - RAFAELA JACUBOSKI.pdfapplication/pdf4596626https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/71504/1/R%20-%20D%20-%20RAFAELA%20JACUBOSKI.pdfb6e73edac136bc72b1fe80b2bfd19cc5MD51open access1884/715042022-01-13 16:28:36.698open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/71504Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082022-01-13T19:28:36Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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