INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2015
Autor(a) principal: Ribeiro, Renan Augusto Pontes lattes
Orientador(a): Lazaro, Sérgio Ricardo de lattes
Banca de defesa: Sambrano, Julio Ricardo lattes, Celeste, Ricardo lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Química Aplicada
Departamento: Química
País: BR
Palavras-chave em Português:
DFT
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2038
Resumo: The development of spintronic has motivated the research for new half-metallic magnetic materials due to multifunctionality of these compounds and the spin-based devices fabrication with increased performance as compared to the usual electronic devices. From this perspective, we propose a theoretical investigation of FeBO3 (B = Ti, Zr, Hf, Si, Ge, Sn) ilmenite materials based on Density Functional Theory (DFT) within B3LYP hybrid functional to investigate the B-site cation replacement effect on the structural, elastic, magnetic and electronic properties of ilmenite materials. Calculated structural parameters are in agreement with experimental results and shown that the unit cell volume can be controlled by ionic radius of the B-site metals. The bond distances for FeO6 and BO6 octahedral clarify the Jahn-Teller distortion and Fe-O-B-O-Fe intermetallic connection. The elastic behavior was investigated from bulk modulus and showed that such results were influenced by different material densities. Furthermore, these quantities can be used for analyzing the thermodynamic stability of solids, proving that FeSnO3 and FeHfO3 are unstable due to the negative values for bulk modulus. The B-site radius effect is also evidenced on the magnetic property, where Fe(Ti, Si, Ge)O3 are antiferromagnetic, while Fe(Zr, Hf, Sn)O3 are ferromagnetic. The Mulliken population analysis and charge density maps show the charge corridor formation in the [001] direction due to the intermetallic connection with the B-site metals and electronegativity affecting the stability of ilmenite materials. The Density of States and Band Structure profiles show that antiferromagnetics materials and FeZrO3 are convectional semiconductors, whereas FeHfO3 and FeSnO3 exhibit intrinsic half-metallic behavior, making them promising candidates for spintronic devices.
id UEPG_aa093274ddf23dab91e47c5b18ca1248
oai_identifier_str oai:tede2.uepg.br:prefix/2038
network_acronym_str UEPG
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG
repository_id_str
spelling Lazaro, Sérgio Ricardo deCPF:26128947808http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4700975U6Sambrano, Julio RicardoCPF:06886951831http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4782196D8Celeste, RicardoCPF:36532800953http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4784255P2CPF:40056896808http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4420421P6Ribeiro, Renan Augusto Pontes2017-07-24T19:37:53Z2015-11-232017-07-24T19:37:53Z2015-03-12RIBEIRO, Renan Augusto Pontes. INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA. 2015. 108 f. Dissertação (Mestrado em Química) - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Ponta Grossa, 2015.http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2038The development of spintronic has motivated the research for new half-metallic magnetic materials due to multifunctionality of these compounds and the spin-based devices fabrication with increased performance as compared to the usual electronic devices. From this perspective, we propose a theoretical investigation of FeBO3 (B = Ti, Zr, Hf, Si, Ge, Sn) ilmenite materials based on Density Functional Theory (DFT) within B3LYP hybrid functional to investigate the B-site cation replacement effect on the structural, elastic, magnetic and electronic properties of ilmenite materials. Calculated structural parameters are in agreement with experimental results and shown that the unit cell volume can be controlled by ionic radius of the B-site metals. The bond distances for FeO6 and BO6 octahedral clarify the Jahn-Teller distortion and Fe-O-B-O-Fe intermetallic connection. The elastic behavior was investigated from bulk modulus and showed that such results were influenced by different material densities. Furthermore, these quantities can be used for analyzing the thermodynamic stability of solids, proving that FeSnO3 and FeHfO3 are unstable due to the negative values for bulk modulus. The B-site radius effect is also evidenced on the magnetic property, where Fe(Ti, Si, Ge)O3 are antiferromagnetic, while Fe(Zr, Hf, Sn)O3 are ferromagnetic. The Mulliken population analysis and charge density maps show the charge corridor formation in the [001] direction due to the intermetallic connection with the B-site metals and electronegativity affecting the stability of ilmenite materials. The Density of States and Band Structure profiles show that antiferromagnetics materials and FeZrO3 are convectional semiconductors, whereas FeHfO3 and FeSnO3 exhibit intrinsic half-metallic behavior, making them promising candidates for spintronic devices.O desenvolvimento da spintrônica tem motivado a busca por novos materiais magnéticos com comportamento meio-metálico devido à multifuncionalidade desses compostos e ao desenvolvimento de dispositivos baseados no spin do elétron, proporcionando um aumento do desempenho em relação aos dispositivos eletrônicos usuais. Nesse trabalho, propomos a investigação teórica, baseada na Teoria do Funcional de Densidade utilizando o funcional híbrido B3LYP, dos materiais FeBO3 (B = Ti, Zr, Hf, Si, Ge, Sn) na estrutura ilmenita com objetivo de esclarecer o efeito da substituição do cátion B sobre as propriedades estruturais, elásticas, magnéticas e eletrônicas. Os parâmetros estruturais calculados se mostraram em concordância com resultados experimentais e teóricos, revelando que o volume da célula unitária é controlado pelo raio iônico do cátion B. As distâncias de ligação calculadas para os octaedros FeO6 e BO6 indicam a existência do efeito de distorção Jahn-Teller e da conexão intermetálica Fe-O-B-O-Fe. O comportamento elástico foi investigado a partir do bulk modulus, indicando que tal entidade é dependente da densidade dos materiais e discute-se a possibilidade de utilizar esse fator para análise da estabilidade termodinâmica de sólidos, sugerindo a instabilidade dos materiais FeSnO3 e FeHfO3 devido aos valores negativos de bulk modulus. O efeito do tamanho dos cátions B é evidenciado sobre as propriedades magnéticas dos materiais, sendo que Fe(Ti, Si, Ge)O3 são antiferromagnéticos; enquanto que, Fe(Zr, Hf, Sn)O3 são ferromagnéticos. A análise populacional de Mulliken e os mapas de densidade de carga mostraram a formação de um corredor de carga nas conexões intermetálicas observadas na direção [001] e que a eletronegatividade dos cátions B afeta a estabilidade dos materiais com estrutura ilmenita. Os perfis de Densidade de Estados e Estrutura de Bandas mostram que os materiais antiferromagnéticos e o FeZrO3 são semicondutores convencionais, entretanto, FeHfO3 e FeSnO3 exibem comportamento meiometálico intrínseco, tornando-os promissores candidatos para dispositivos spintrônicos, porém, com outra estrutura.Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renan Augusto Ribeiro.pdf: 3827899 bytes, checksum: 9440ed4880cbb0fbf9997c789341ea92 (MD5) Previous issue date: 2015-03-12Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorapplication/pdfporUNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSAPrograma de Pós-Graduação em Química AplicadaUEPGBRQuímicaTeoria do funcional de densidadeDFTfuncionais híbridosB3LYPIlmenitaFeBO3spintrônicamagnetismoantiferromagnéticoferromagnéticoconexão intermetálicameio-metálicosdensity functional theoryDFT. hybrid functionalB3LYPilmeniteFeBO3spintronicmagnetismantiferromagneticferromagneticintermetallic connectionhalf-metalsCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAINVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITAinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPGinstname:Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)instacron:UEPGORIGINALRenan Augusto Ribeiro.pdfapplication/pdf3827899http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/2038/1/Renan%20Augusto%20Ribeiro.pdf9440ed4880cbb0fbf9997c789341ea92MD51prefix/20382017-07-24 16:37:53.495oai:tede2.uepg.br:prefix/2038Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede2.uepg.br/jspui/PUBhttp://tede2.uepg.br/oai/requestbicen@uepg.br||mv_fidelis@yahoo.com.bropendoar:2017-07-24T19:37:53Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG - Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)false
dc.title.por.fl_str_mv INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA
title INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA
spellingShingle INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA
Ribeiro, Renan Augusto Pontes
Teoria do funcional de densidade
DFT
funcionais híbridos
B3LYP
Ilmenita
FeBO3
spintrônica
magnetismo
antiferromagnético
ferromagnético
conexão intermetálica
meio-metálicos
density functional theory
DFT. hybrid functional
B3LYP
ilmenite
FeBO3
spintronic
magnetism
antiferromagnetic
ferromagnetic
intermetallic connection
half-metals
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
title_short INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA
title_full INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA
title_fullStr INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA
title_full_unstemmed INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA
title_sort INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA
author Ribeiro, Renan Augusto Pontes
author_facet Ribeiro, Renan Augusto Pontes
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Lazaro, Sérgio Ricardo de
dc.contributor.advisor1ID.fl_str_mv CPF:26128947808
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4700975U6
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Sambrano, Julio Ricardo
dc.contributor.referee1ID.fl_str_mv CPF:06886951831
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4782196D8
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Celeste, Ricardo
dc.contributor.referee2ID.fl_str_mv CPF:36532800953
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4784255P2
dc.contributor.authorID.fl_str_mv CPF:40056896808
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4420421P6
dc.contributor.author.fl_str_mv Ribeiro, Renan Augusto Pontes
contributor_str_mv Lazaro, Sérgio Ricardo de
Sambrano, Julio Ricardo
Celeste, Ricardo
dc.subject.por.fl_str_mv Teoria do funcional de densidade
DFT
funcionais híbridos
B3LYP
Ilmenita
FeBO3
spintrônica
magnetismo
antiferromagnético
ferromagnético
conexão intermetálica
meio-metálicos
topic Teoria do funcional de densidade
DFT
funcionais híbridos
B3LYP
Ilmenita
FeBO3
spintrônica
magnetismo
antiferromagnético
ferromagnético
conexão intermetálica
meio-metálicos
density functional theory
DFT. hybrid functional
B3LYP
ilmenite
FeBO3
spintronic
magnetism
antiferromagnetic
ferromagnetic
intermetallic connection
half-metals
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
dc.subject.eng.fl_str_mv density functional theory
DFT. hybrid functional
B3LYP
ilmenite
FeBO3
spintronic
magnetism
antiferromagnetic
ferromagnetic
intermetallic connection
half-metals
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
description The development of spintronic has motivated the research for new half-metallic magnetic materials due to multifunctionality of these compounds and the spin-based devices fabrication with increased performance as compared to the usual electronic devices. From this perspective, we propose a theoretical investigation of FeBO3 (B = Ti, Zr, Hf, Si, Ge, Sn) ilmenite materials based on Density Functional Theory (DFT) within B3LYP hybrid functional to investigate the B-site cation replacement effect on the structural, elastic, magnetic and electronic properties of ilmenite materials. Calculated structural parameters are in agreement with experimental results and shown that the unit cell volume can be controlled by ionic radius of the B-site metals. The bond distances for FeO6 and BO6 octahedral clarify the Jahn-Teller distortion and Fe-O-B-O-Fe intermetallic connection. The elastic behavior was investigated from bulk modulus and showed that such results were influenced by different material densities. Furthermore, these quantities can be used for analyzing the thermodynamic stability of solids, proving that FeSnO3 and FeHfO3 are unstable due to the negative values for bulk modulus. The B-site radius effect is also evidenced on the magnetic property, where Fe(Ti, Si, Ge)O3 are antiferromagnetic, while Fe(Zr, Hf, Sn)O3 are ferromagnetic. The Mulliken population analysis and charge density maps show the charge corridor formation in the [001] direction due to the intermetallic connection with the B-site metals and electronegativity affecting the stability of ilmenite materials. The Density of States and Band Structure profiles show that antiferromagnetics materials and FeZrO3 are convectional semiconductors, whereas FeHfO3 and FeSnO3 exhibit intrinsic half-metallic behavior, making them promising candidates for spintronic devices.
publishDate 2015
dc.date.available.fl_str_mv 2015-11-23
2017-07-24T19:37:53Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2015-03-12
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2017-07-24T19:37:53Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv RIBEIRO, Renan Augusto Pontes. INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA. 2015. 108 f. Dissertação (Mestrado em Química) - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Ponta Grossa, 2015.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2038
identifier_str_mv RIBEIRO, Renan Augusto Pontes. INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE MATERIAIS COM ESTRUTURA ILMENITA. 2015. 108 f. Dissertação (Mestrado em Química) - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Ponta Grossa, 2015.
url http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2038
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Química Aplicada
dc.publisher.initials.fl_str_mv UEPG
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Química
publisher.none.fl_str_mv UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG
instname:Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)
instacron:UEPG
instname_str Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)
instacron_str UEPG
institution UEPG
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG
bitstream.url.fl_str_mv http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/2038/1/Renan%20Augusto%20Ribeiro.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 9440ed4880cbb0fbf9997c789341ea92
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG - Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)
repository.mail.fl_str_mv bicen@uepg.br||mv_fidelis@yahoo.com.br
_version_ 1797039580874014720