Uma banca de DEFESA de DOUTORADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE: AILSON TAVARES DE MELO
DATA: 17/08/2022
HORA: 14:00
LOCAL: SALA DE REUNIÕES DO DFCI
TÍTULO: Cálculos das propriedades magnéticas, eletrônicas e ópticas da ferrita multiferróica hexagonal LuFeO3 e sua avaliação como material com potencial fotoferróico
PALAVRAS-CHAVES: Multiferróicos, fotoferróicos, LuFeO3, LuMnO3, spin DFT.
PÁGINAS: 94
GRANDE ÁREA: Ciências Exatas e da Terra
ÁREA: Física
SUBÁREA: Física da Matéria Condensada
RESUMO:

O composto LuFeO3 de estrutura cristalina hexagonal (grupo espacial P63cm) abreviado
por h-LFO é um material magnetoelétrico e fotoferróico de grande interesse para ciência
e novas tecnologias. Apesar dos vários estudos teóricos e experimentais realizados até o
momento sobre as propriedades desse composto, sua estrutura magnética do estado
fundamental, energia de band gap e espectro de absorção óptica têm conclusões
divergentes na literatura. Além disso, estudos experimentais recentes demonstraram que
a eficiência de conversão de luz solar em eletricidade do h-LFO é muito menor do que a
do composto hexagonal LuMnO3 de mesmo grupo espacial (abreviado por h-LMO) que
possui propriedades óticas (absorção óptica no espectro visível, magnitude e natureza do
band gap, etc) e ferroelétricas semelhantes. Com o objetivo de contribuir para um
melhor entendimento das propriedades do h-LFO e h-LMO, neste trabalho de tese foi
realizado uma investigação sistemático das propriedades fundamentais desses
compostos. Para esse estudo foram realizados cálculos baseados em spin density
functional theory implementada no código computacional Elk. Os efeitos de troca e
correlação eletrônica foram tratados usando a aproximação denominada de local spin
density approximation (LSDA) incluindo a correção efetiva de Hubbard (ou Ueff)
(abreviado por LSDA + Ueff). Para o h-LFO, os resultados dos cálculos com Ueff = 4,0
eV se correlacionam melhor com os fatos experimentais. As principais conclusões são
descritas a seguir. A configuração magnética do estado fundamental do h-LFO é do tipo
Γ1
+ Γ2 que é caracterizada por um ferromagnetismo fraco ao longo do eixo c e de
magnitude igual 0,07 μB/Fe-atom. O valor da energia de band gap indireto é de 1,03 eV
e da energia de band gap direto é de 1,06 eV. Essa energia de band gap é devido às
transições eletrônicas do topo da banda de valência que é caracterizada por estados 2p
dos oxigênios para o fundo da banda de condução que, por sua, é caracterizada por
estados 3d do Fe. A transferência de energia na faixa de 1,1 a 2,0 eV ocorre
predominantemente dentro dos planos basais da estrutura local FeO5 bipiramidal. Esse
fato explica a maior absorção da luz polarizada perpendicularmente ao eixo hexagonal c
em relação à direção paralela a esta que foram observados nos espectros calculados e
experimentais. As comparações dos valores médios dos autovalores do tensor massa
efetiva dos portadores de carga do h-LFO e do h-LMO calculados em certos pontos de
alta simetria da zona de Brillouin, bem como os valores das energias de ligação dos éxcitons nesses compostos permitiram explicar os resultados experimentais que demonstram que a fotoconversão no h-LMO é maior que no h-LFO. Os cálculos mostraram que os valores das massas efetivas dos portadores de carga no h-LFO são
maiores do que àquelas no h-LMO. Além disso, os valores das energias de ligação dos pares elétrons-buracos fotogerados no h-LFO também são maiores no h-LFO do que no h-LMO. Esses dois fatos, portanto, levam a uma menor mobilidade dos portadores de carga no material contribuído de forma significativa para a baixa eficiência de fotoconversão no h-LFO em relação ao h-LMO. Outra conclusão importante obtida é que se observa uma alta anisotropia da fotocorrente eletrônica em ambos os compostos devido ao fato de que os valores das massas efetivas dos elétrons são muito maiores ao longo da direção do eixo c cristalino do que àquelas ao longo de qualquer direção dentro do plano ab cristalino.

MEMBROS DA BANCA:
Presidente - 1835424 - ADILMO FRANCISCO DE LIMA
Externo à Instituição - LUCY VITORIA CREDIDIO ASSALI
Interno - 3628511 - MARCOS VINICIUS DOS SANTOS REZENDE
Interno - 1502254 - MILAN LALIC
Externo à Instituição - SERGIO ANDRE FONTES AZEVEDO