Estudio teórico fundamental comparativo de perovskitas: NaNbO3 y SrTiO3

Palabras clave: SIESTA, DFT, perovskitas, NaNbO3, SrTiO3. GGA, LDA, estructura de bandas, densidad de estados

Resumen

En el presente estudio teórico ab initio comparativo se utiliza el código SIESTA®, mediante la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) para comprender las propiedades estructurales y electrónicas de la fase cúbica en el equilibrio de la geometría de dos perovskitas complejas: NaNbO3 y SrTiO3. Se emplean dos pseudopotenciales base: Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA) por los autores Perdew-Burke-Ernzerhof, y Aproximación de Densidad Local (LDA) por Ceperley-Alder. Los parámetros de red obtenidos para el NaNbO3 son a0= 3.900 y 4.040 Å con una precisión del 98.86 y 97.6%. Para el SrTiO3 se obtuvieron parámetros de red de a0= 3.969 y 3.811 Å con una precisión de 92.8 y 97.6% respectivamente de cada pseudopotencial. Se demuestra que el comportamiento de ambas estructuras de bandas tiene una transición electrónica indirecta particular con spin no polarizado, con un ancho de banda prohibida de ∼1.28 eV para el NaNbO3 y ∼2.0 eV para el SrTiO3 con el potencial de intercambio-correlación LDA y una estructura de bandas argumentativa de la fiable aplicación de estos materiales en fase cúbica para dispositivos opto-electrónicos.

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Citas

Azam, S., Irfan, M., Abbas, Z., Rani, M., Saleem, T., Younus, A., Akhtar, N., Liaqat, B., Shabbir, M., & Al-Sehemi, A. G. (2019). Electronic structure and optical properties of cubic nanbo3 and tetragonal knbo3 crystals: First principles study. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 14(3), 751–760. https://www.researchgate.net/publication/336135528_ELECTRONIC_STRUCTURE_AND_OPTICAL_PROPERTIES_OF_CUBIC_NaNbO3_AND_TETRAGONAL_KNbO_3_CRYSTALS_FIRST_PRINCIPLES_STUDY

Bachi, N. (2017). Propiedades fotoconductoras de monocristales y l´aminas delgadas de SrTiO3 [Universidad Nacional de Tucumán]. https://www.facet.unt.edu.ar/licfisica/wp-content/uploads/sites/57/2019/04/2017-Bachi-Nicolás.pdf

Bowler, D. R. (2018). Building bridges: matching density functional theory with experiment. Contemporary Physics, 59(4), 377–390. https://doi.org/10.1080/00107514.2019.1578079

Capizzi, M., & Frova, A. (1970). Optical Gap of Strontium Titanate (Deviation from Urbach Tail Behavior). Physical Review Letters, 25(18), 1298–1302. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.25.1298

Cardona, M. (1965). Optical properties and band structure of SrTiO3 and BaTiO3. Physical Review, 140(2A), A651–A655. https://doi.org/10.1103/PhysRev.140.A651

Ceperley, D. M., & Alder, B. J. (1980). Ground state of the electron gas by a stochastic method. Physical Review Letters, 45(7), 566–569. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.45.566

Cuervo, A. M. (2012). Propiedades estructurales y electronicas de monocapas hexagonales de Si, Ge, GaN y GaAs. Un estudio ab initio [Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá Facultad de Ciencias Departamento de Física]. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/11509

Echeverri-Arteaga, S. (2019). Interacción radiación-materia mediada por fonones en la electrodinámica cuántica de cavidades. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76431

Fritsch, D. (2018). Electronic and optical properties of sodium niobate: A density functional theory study. Advances in Materials Science and Engineering, 2018, 10–12. https://doi.org/10.1155/2018/6416057

Ge, N.-N., Gong, C.-H., Yuan, X.-C., Zeng, H.-Z., & Wei, X.-H. (2018). Effect of Mn doping on electroforming and threshold voltages of bipolar resistive switching in Al/Mn : NiO/ITO. RSC Advances, 8(52), 29499–29504. https://doi.org/10.1039/C8RA04784G

González Olaya, W. L. (2013). Uso de la teoría del funcional densidad (dft) en la caracterización estructural y electrónica de la perovskita triple Sr3CoSb2O9 sintetizada en el laboratorio. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/21899

Grosso, G. (1988). ELECTRONIC BAND STRUCTURE. In Cryst Semicond Mater and Devices. Warwick. https://warwick.ac.uk/fac/sci/physics/current/postgraduate/regs/mpagswarwick/ex5/bandstructure/

Gutiérrez Ruiz, M. (2016). Estudio de la naturaleza de las bandas de valencia y conducción de los sólidos cristalinos. https://doi.org/http://hdl.handle.net/10902/9204

Jack, M. A. (2014). QRing – A scalable parallel software tool for quantum transport simulations in carbon nanoring devices based on NEGF formalism and a parallel C ++ / MPI / PETSc algorithm. Center for Nanophase Materials Science, August, 0–9. https://doi.org/10.13140/2.1.2322.1124

Javier Junquera. (2016). Hands-on session. Complete characterization of a material. The case of SrTiO3. https://personales.unican.es/junqueraj/JavierJunquera_files/Metodos/Full-STO/Full-STO.html

Jesús Madrigal Melchor y Raúl Alberto Reyes Villagrana. (2013). La física de los semiconductores - Tachas 024 - Es lo Cotidiano. http://www.eslocotidiano.com/articulo/tachas-024/fisica-semiconductores/20131116111246006334.html

Junquera, J. (2016). The eggbox effect : converging the mesh cutoff. https://personales.unican.es/junqueraj/JavierJunquera_files/Metodos/Convergence/Eggbox-MgO/Exercise-eggbox-MgO.pdf

Kohn, W., Becke, A. D., & Parr, R. G. (1996). Density Functional Theory of Electronic Structure. The Journal of Physical Chemistry, 100(31), 12974–12980. https://doi.org/10.1021/jp960669l

Kokalj, A. (1999). XCrySDen--a new program for displaying crystalline structures and electron densities. Journal of Molecular Graphics & Modelling, 17(3–4), 176–179, 215–216. https://doi.org/10.1016/s1093-3263(99)00028-5

Lin, X., Bridoux, G., Gourgout, A., Seyfarth, G., Krämer, S., Nardone, M., Fauqué, B., & Behnia, K. (2014). Critical doping for the onset of a two-band superconducting ground state in SrTiO3-δ. Physical Review Letters, 112(20), 207002. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.207002

Liu, G., Ji, S., Yin, L., Xu, G., Fei, G., & Ye, C. (2011). Visible-light-driven photocatalysts: (La/Bi + N)-codoped NaNbO 3 by first principles. Journal of Applied Physics, 109(6), 063103. https://doi.org/10.1063/1.3554697

MacHado, R., Sepliarsky, M., & Stachiotti, M. G. (2011). Relative phase stability and lattice dynamics of NaNbO3 from first-principles calculations. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 84(13), 134107. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.134107

Macutkevic, J., Molak, A., & Banys, J. (2015). Dielectric properties of NaNbO3 ceramics. Ferroelectrics, 479(1), 48–55. https://doi.org/10.1080/00150193.2015.1011916

McKeown Walker, S., De La Torre, A., Bruno, F. Y., Tamai, A., Kim, T. K., Hoesch, M., Shi, M., Bahramy, M. S., King, P. D. C., & Baumberger, F. (2014). Control of a Two-Dimensional Electron Gas on SrTiO3 (111) by Atomic Oxygen. Physical Review Letters, 113(17), 177601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.177601

Meza, U. R., Mendoza, B. S., & Mochán, W. L. (2019). Metamateriales nanoestructurados: avances en el cálculo de sus propiedades ópticas. Mundo Nano. Revista Interdisciplinaria En Nanociencias y Nanotecnología, 13(24), 1e-18e. https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2020.25.69611

Mohanty, S. K., Mohanty, H. S., Behera, B., Datta, D. P., Behera, S., & Das, P. R. (2019). Influence of NaNbO3 on the structural, optical and dielectric properties of 0.05(K 0.5 Bi 0.5 TiO3)–0.95(NaNbO3) composites ceramics. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 30(6), 5833–5844. https://doi.org/10.1007/s10854-019-00881-5

Monkhorst, H. J., & Pack, J. D. (1976). Special points for Brillouin-zone integrations. Physical Review B, 13(12), 5188–5192. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188

Morales-García, Á., Valero, R., & Illas, F. (2017). An Empirical, yet Practical Way To Predict the Band Gap in Solids by Using Density Functional Band Structure Calculations. The Journal of Physical Chemistry C, 121(34), 18862–18866. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b07421

Perdew, J. P., Kurth, S., Zupan, A., & Blaha, P. (1999). Accurate density functional with correct formal properties: A step beyond the generalized gradient approximation. Physical Review Letters, 82(12), 2544–2547. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.2544

Perdew, J. P., Ruzsinszky, A., Tao, J., Staroverov, V. N., Scuseria, G. E., & Csonka, G. I. (2005). Prescription for the design and selection of density functional approximations: More constraint satisfaction with fewer fits. The Journal of Chemical Physics, 123(6), 062201. https://doi.org/10.1063/1.1904565

Prosandeev, S. A. (2005). Comparative analysis of the phonon modes in AgNbO3 and NaNbO3. Physics of the Solid State, 47(11), 2130–2134. https://doi.org/10.1134/1.2131156

Richard J. D. Tilley. (2016). Perovskites: Structure-Property Relationships. https://www.wiley.com/en-us/Perovskites%3A+Structure+Property+Relationships-p-9781118935668

Seeger, K. (2004). Semiconductor Physics Advanced Texts in Physics Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH. In New York. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-09855-4

Tarun, M. C., Selim, F. A., & McCluskey, M. D. (2013). Persistent photoconductivity in strontium titanate. Physical Review Letters, 111(18), 187403. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.187403

Vatsyayan, R., Singh, R., & Paily, R. (2017). Adsorption of CO and NO on Ti-doped ZGNR structures: A DFT study. Proceedings of 2nd International Conference on 2017 Devices for Integrated Circuit, DevIC 2017, 509–513. https://doi.org/10.1109/DEVIC.2017.8074002

Velasco, J. G. (2009). Energías renovables (1st ed.).

Viñas, L. P. (2019). Dispositivos Optoelectrónicos: Tema 3: Semiconductores.

Zekry, A. (2017). How does band gap of a semiconductor change with the lattice constant? Please explain the physical significance. https://www.researchgate.net/post/How_does_band_gap_of_a_semiconductor_change_with_the_lattice_constant_Please_explain_the_physical_significance

Publicado
2020-12-12
Cómo citar
Pedroza-Rojas, B., Lorenzano-Hernández, B. J., Herrera-Carbajal, A. de J., Arteaga-Varela, M., Camacho-González, M. A., Reyes-Valderrama, M. I., & Rodríguez-Lugo, V. (2020). Estudio teórico fundamental comparativo de perovskitas: NaNbO3 y SrTiO3. Pädi Boletín Científico De Ciencias Básicas E Ingenierías Del ICBI, 8(Especial), 60-67. https://doi.org/10.29057/icbi.v8iEspecial.6324

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