Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2014
Autor(a) principal: Santos, Cledson dos lattes
Orientador(a): Lalic, Milan lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Pós-Graduação em Física
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://ri.ufs.br/handle/riufs/5310
Resumo: In present dissertation we studied theoretically the structural, electronic and optical properties of lithium tetraborate, Li2B4O7, an important material, frequently used as detector of radiation and neutrons. As a calculation tool we utilized first-principles Linear Augmented Plane Wave (LAPW) method, based on Density Functional Theory and implemented into WIEN2k computer code. Exchange and correlation effects within the electronic system were simulated by recently developed |Modified Becke Johnson| (mBJ) semi-local potential. The lattice parameters and atomic positions within the Li2B4O7 unit cell were computationally relaxed, and the resulting structure was found to agree well with the experimental one. Calculated electronic structure (band structure and density of states DOS) revealed the nature and magnitude of the band gap (indirect, 9,2 eV), as well as the orbital character of the bands around it. The valence band top consists predominantly of oxygen´s p-states, while the conduction band bottom is dominated by the p-states of boron which is trigonally coordinated with its neighboring oxygens (B(1)). The energies of principal peaks in the valence band DOS, as well as the calculated magnitude of the gap, are found to agree very well with experimental findings. Next, we calculated real and imaginary part of dielectric tensor of the Li2B4O7, as well as its refractive index. Analysis of imaginary part of dielectric tensor permitted us to interpret the optical absorption spectrum of the Li2B4O7 in terms of electronic transitions that occur between populated and empty electron states. The results revealed that absorption threshold starts at 9,2 eV approximately, and that the first absorption peak originates from electron transfer from the full O p-states to the empty B p-states within the trigonal, B(1)O3, structural motif. Refractive index is calculated for two directions of polarizations of incident light, parallel to the crystallographic axes a and c. It was concluded that the Li2B4O7 is optically anisotropic material. Calculated refractive indexes were compared to experimental ones, recorded in the wavelength range from 184 to 2325 nm, and it was found a good agreement between them. On the basis of present study we conclude that computationally efficient semi-local mBJ potential accurately describes the electronic and optical properties of the Li2B4O7.
id UFS-2_ae79e989d70b687f158bb7abe02af93f
oai_identifier_str oai:oai:ri.ufs.br:repo_01:riufs/5310
network_acronym_str UFS-2
network_name_str Repositório Institucional da UFS
repository_id_str
spelling Santos, Cledson doshttp://lattes.cnpq.br/5976664074974125Lalic, Milanhttp://lattes.cnpq.br/18520023600100422017-09-26T18:27:20Z2017-09-26T18:27:20Z2014-02-19https://ri.ufs.br/handle/riufs/5310In present dissertation we studied theoretically the structural, electronic and optical properties of lithium tetraborate, Li2B4O7, an important material, frequently used as detector of radiation and neutrons. As a calculation tool we utilized first-principles Linear Augmented Plane Wave (LAPW) method, based on Density Functional Theory and implemented into WIEN2k computer code. Exchange and correlation effects within the electronic system were simulated by recently developed |Modified Becke Johnson| (mBJ) semi-local potential. The lattice parameters and atomic positions within the Li2B4O7 unit cell were computationally relaxed, and the resulting structure was found to agree well with the experimental one. Calculated electronic structure (band structure and density of states DOS) revealed the nature and magnitude of the band gap (indirect, 9,2 eV), as well as the orbital character of the bands around it. The valence band top consists predominantly of oxygen´s p-states, while the conduction band bottom is dominated by the p-states of boron which is trigonally coordinated with its neighboring oxygens (B(1)). The energies of principal peaks in the valence band DOS, as well as the calculated magnitude of the gap, are found to agree very well with experimental findings. Next, we calculated real and imaginary part of dielectric tensor of the Li2B4O7, as well as its refractive index. Analysis of imaginary part of dielectric tensor permitted us to interpret the optical absorption spectrum of the Li2B4O7 in terms of electronic transitions that occur between populated and empty electron states. The results revealed that absorption threshold starts at 9,2 eV approximately, and that the first absorption peak originates from electron transfer from the full O p-states to the empty B p-states within the trigonal, B(1)O3, structural motif. Refractive index is calculated for two directions of polarizations of incident light, parallel to the crystallographic axes a and c. It was concluded that the Li2B4O7 is optically anisotropic material. Calculated refractive indexes were compared to experimental ones, recorded in the wavelength range from 184 to 2325 nm, and it was found a good agreement between them. On the basis of present study we conclude that computationally efficient semi-local mBJ potential accurately describes the electronic and optical properties of the Li2B4O7.No presente trabalho foram estudadas as propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio, Li2B4O7, um material importante, frequentemente usado como detector de radiação e de nêutrons. Como ferramenta de cálculo foi utilizado o método ab-initio Linear Augmented Plane Wave (LAPW) baseado na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e implementado no código computacional Wien2k. Os efeitos de correlação e troca do sistema eletrônico foram simulados através de um potencial semi-local, Modified Becke Johnson mBJ, recentemente desenvolvido. Os parâmetros de rede e todas as posições atômicas na célula unitária cristalina do Li2B4O7 foram otimizados, a fim de atingir uma configuração de mínima energia para o sistema. Os resultados obtidos, referentes ao volume da célula unitária e das posições atômicas, mostraram boa concordância quando comparados com medidas experimentais. O cálculo da estrutura eletrônica (estrutura de bandas e densidade de estados - DOS) revelou a natureza e o tamanho do band gap fundamental do composto, bem como o caráter orbital das bandas por sua volta. De acordo com os resultados, o Li2B4O7 possui gap fundamental indireto de 9,2 eV. No topo da banda de valência predominam orbitais do tipo p dos átomos de oxigênio, enquanto que o fundo da banda de condução é formado, em sua maioria, por estados p referentes aos átomos de boro, B(1). As posições dos picos da DOS na banda de valência, assim como o valor calculado do gap, concordam muito bem com resultados experimentais. Neste trabalho também foram calculadas as partes real e imaginária do tensor dielétrico do Li2B4O7, bem como o seu índice de refração. A análise da parte imaginária do tensor dielétrico possibilitou a interpretação, em termos das transições eletrônicas, do espectro de absorção óptica do Li2B4O7. Os resultados revelaram que a borda de absorção se encontra perto da energia de 9,2 eV, e que o primeiro pico é devido às transições eletrônicas entre estados p dos átomos de oxigênio para estados P dos átomos de boro, as quais ocorrem dentro do grupo trigonal, B(1)O3. O índice de refração foi calculado para as duas direções de polarização da luz, paralelas aos eixos cristalinos a e c. De acordo com esses resultados, o Li2B4O7 é um material opticamente anisotrópico. O índice de refração calculado concorda bem com o experimental, medido em uma faixa de comprimentos de onda de 184 a 2325 nm. Na essência do presente estudo é possível concluir que o potencial mBJ, computacionalmente eficiente, descreve precisamente as propriedades eletrônicas e ópticas do Li2B4O7.application/pdfporFísico-químicaPropriedades ópticasElétronsTetraborato de lítioPropriedades eletrônicasPropriedades ópticasEstrutura atômicaDensidade funcionalAtomic structureChemistry, Physical and theoreticalElectronsElectronsLithiumLithiumLithiumCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAEstudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPós-Graduação em Físicainfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSinstname:Universidade Federal de Sergipe (UFS)instacron:UFSORIGINALCLEDSON_SANTOS.pdfapplication/pdf1395213https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/5310/1/CLEDSON_SANTOS.pdff2de267a7b697f71c67d0402edda6aa9MD51TEXTCLEDSON_SANTOS.pdf.txtCLEDSON_SANTOS.pdf.txtExtracted texttext/plain117034https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/5310/2/CLEDSON_SANTOS.pdf.txtdfa317e0f97a846dc6d184c854900fcaMD52THUMBNAILCLEDSON_SANTOS.pdf.jpgCLEDSON_SANTOS.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1209https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/5310/3/CLEDSON_SANTOS.pdf.jpg13b10393a85b9512916adf80fa06625fMD53riufs/53102017-11-29 20:17:49.765oai:oai:ri.ufs.br:repo_01:riufs/5310Repositório InstitucionalPUBhttps://ri.ufs.br/oai/requestrepositorio@academico.ufs.bropendoar:2017-11-29T23:17:49Repositório Institucional da UFS - Universidade Federal de Sergipe (UFS)false
dc.title.por.fl_str_mv Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)
title Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)
spellingShingle Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)
Santos, Cledson dos
Físico-química
Propriedades ópticas
Elétrons
Tetraborato de lítio
Propriedades eletrônicas
Propriedades ópticas
Estrutura atômica
Densidade funcional
Atomic structure
Chemistry, Physical and theoretical
Electrons
Electrons
Lithium
Lithium
Lithium
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
title_short Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)
title_full Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)
title_fullStr Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)
title_full_unstemmed Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)
title_sort Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do tetraborato de lítio (Li2B4O7)
author Santos, Cledson dos
author_facet Santos, Cledson dos
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Santos, Cledson dos
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5976664074974125
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Lalic, Milan
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1852002360010042
contributor_str_mv Lalic, Milan
dc.subject.por.fl_str_mv Físico-química
Propriedades ópticas
Elétrons
Tetraborato de lítio
Propriedades eletrônicas
Propriedades ópticas
Estrutura atômica
Densidade funcional
topic Físico-química
Propriedades ópticas
Elétrons
Tetraborato de lítio
Propriedades eletrônicas
Propriedades ópticas
Estrutura atômica
Densidade funcional
Atomic structure
Chemistry, Physical and theoretical
Electrons
Electrons
Lithium
Lithium
Lithium
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Atomic structure
Chemistry, Physical and theoretical
Electrons
Electrons
Lithium
Lithium
Lithium
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
description In present dissertation we studied theoretically the structural, electronic and optical properties of lithium tetraborate, Li2B4O7, an important material, frequently used as detector of radiation and neutrons. As a calculation tool we utilized first-principles Linear Augmented Plane Wave (LAPW) method, based on Density Functional Theory and implemented into WIEN2k computer code. Exchange and correlation effects within the electronic system were simulated by recently developed |Modified Becke Johnson| (mBJ) semi-local potential. The lattice parameters and atomic positions within the Li2B4O7 unit cell were computationally relaxed, and the resulting structure was found to agree well with the experimental one. Calculated electronic structure (band structure and density of states DOS) revealed the nature and magnitude of the band gap (indirect, 9,2 eV), as well as the orbital character of the bands around it. The valence band top consists predominantly of oxygen´s p-states, while the conduction band bottom is dominated by the p-states of boron which is trigonally coordinated with its neighboring oxygens (B(1)). The energies of principal peaks in the valence band DOS, as well as the calculated magnitude of the gap, are found to agree very well with experimental findings. Next, we calculated real and imaginary part of dielectric tensor of the Li2B4O7, as well as its refractive index. Analysis of imaginary part of dielectric tensor permitted us to interpret the optical absorption spectrum of the Li2B4O7 in terms of electronic transitions that occur between populated and empty electron states. The results revealed that absorption threshold starts at 9,2 eV approximately, and that the first absorption peak originates from electron transfer from the full O p-states to the empty B p-states within the trigonal, B(1)O3, structural motif. Refractive index is calculated for two directions of polarizations of incident light, parallel to the crystallographic axes a and c. It was concluded that the Li2B4O7 is optically anisotropic material. Calculated refractive indexes were compared to experimental ones, recorded in the wavelength range from 184 to 2325 nm, and it was found a good agreement between them. On the basis of present study we conclude that computationally efficient semi-local mBJ potential accurately describes the electronic and optical properties of the Li2B4O7.
publishDate 2014
dc.date.issued.fl_str_mv 2014-02-19
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2017-09-26T18:27:20Z
dc.date.available.fl_str_mv 2017-09-26T18:27:20Z
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.uri.fl_str_mv https://ri.ufs.br/handle/riufs/5310
url https://ri.ufs.br/handle/riufs/5310
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.program.fl_str_mv Pós-Graduação em Física
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFS
instname:Universidade Federal de Sergipe (UFS)
instacron:UFS
instname_str Universidade Federal de Sergipe (UFS)
instacron_str UFS
institution UFS
reponame_str Repositório Institucional da UFS
collection Repositório Institucional da UFS
bitstream.url.fl_str_mv https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/5310/1/CLEDSON_SANTOS.pdf
https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/5310/2/CLEDSON_SANTOS.pdf.txt
https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/5310/3/CLEDSON_SANTOS.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv f2de267a7b697f71c67d0402edda6aa9
dfa317e0f97a846dc6d184c854900fca
13b10393a85b9512916adf80fa06625f
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFS - Universidade Federal de Sergipe (UFS)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@academico.ufs.br
_version_ 1851759405764182016