Propiedades piezoeléctricas del Pentóxido de Niobio y Pentóxido de Tantalio: un estudio desde primeros principios

un estudio desde primeros principios

  • Olga M. Giraldo-Giraldo Universidad de Antioquia
  • Santiago Pérez-Walton Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Jorge M. Osorio-Guillén Universidad de Antioquia
Palabras clave: Piezoelectricidad, semiconductores de brecha ancha, Nb2O5, Ta2O5, primeros principios

Resumen

Nb2O5 y Ta2O5 son óxidos semiconductores de brecha ancha, los cuales en los últimos años han despertado gran interés debido a sus múltiples aplicaciones tecnológicas, ya sea en electrónica, telecomunicaciones o fotocatálisis. Por estas razones, en este trabajo presentamos un estudio a partir de cálculos de primeros principios de las propiedades piezoeléctricas de las fases Z y β de Ta2O5, y de las fases Z y P de Nb2O5 utilizado la teoría de los funcionales de la densidad y la aproximación del gradiente, generalizado con la parametrización PBEsol. Una vez determinada la geometría de equilibrio para cada una de estas fases, realizamos un cálculo utilizando respuesta lineal para determinar el tensor piezoeléctrico asociado a cada una de estas fases, encontrando que la fase Z para ambos compuestos presenta una buena respuesta piezoeléctrica. Adicionalmente, encontramos que la fase β-Ta2O5 no presenta respuesta piezoeléctrica.

Biografía del autor/a

Olga M. Giraldo-Giraldo, Universidad de Antioquia

Física, Universidad de Antioquia UdeA, Medellín-Colombia

Santiago Pérez-Walton, Instituto Tecnológico Metropolitano

PhD. en Física, M.Sc. en Física, Físico, Departamento de Electrónica, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín-Colombia

Jorge M. Osorio-Guillén, Universidad de Antioquia

PhD. en Física, MSc. en Física, Físico, Universidad de Antioquia UdeA, Medellín-Colombia

Referencias bibliográficas

O. F. Lopes, V. R. de Mendonça, F. B. F. Silva, E. C. Paris, and C. Ribeiro, “Nio-bium Oxides: An Overview of synthesis of Nb2O5 and its application in heterogeneous photocatalysis,” Quim. Nova, vol. 38, p. 1, 2014.

Y. Nakagawa and T. Okada, “Material con-stants of new piezoelectric Ta2O5 thin films,” J. Appl. Phys., vol. 68, no. 2, pp. 556–559, Jul. 1990.

C. Valencia-Balvín, S. Pérez-Walton, G. M. Dalpian, and J. M. Osorio-Guillén, “First-principles equation of state and phase stabil-ity of niobium pentoxide,” Comput. Mater. Sci., vol. 81, pp. 133–140, Jan. 2014.

S. Pérez-Walton, C. Valencia-Balvín, A. C. M. Padilha, G. M. Dalpian, and J. M. Osorio-Guillén, “A search for the ground state struc-ture and the phase stability of tantalum pentoxide,” J. Phys. Condens. Matter, vol. 28, no. 3, p. 35801, Jan. 2016.

I. P. Zibrov, V. P. Filonenko, P.-E. Werner, B.-O. Marinder, and M. Sundberg, “A New High-Pressure Modification of Nb2O5,” J. Solid State Chem., vol. 141, no. 1, pp. 205–211, Nov. 1998.

I. P. Zibrov, V. P. Filonenko, M. Sundberg, and P.-E. Werner, “Structures and phase transi-tions of B-Ta2O5 and Z-Ta2O5: two high-pressure forms of Ta2O5,” Acta Crystallogr. Sect. B Struct. Sci., vol. 56, no. 4, pp. 659–665, Aug. 2000.

R. Ramprasad, “First principles study of oxygen vacancy defects in tantalum pentox-ide,” J. Appl. Phys., vol. 94, no. 9, pp. 5609–5612, Nov. 2003.

X. Wu, D. Vanderbilt, and D. R. Hamann, “Systematic treatment of displacements, strains, and electric fields in density-functional perturbation theory,” Phys. Rev. B, vol. 72, no. 3, p. 35105, Jul. 2005.

M. Audier, B. Chenevier, H. Roussel, L. Vin-cent, A. Peña, and A. Lintanf Salaün, “A very promising piezoelectric property of Ta2O5 thin films. II: Birefringence and piezoelectricity,” J. Solid State Chem., vol. 184, no. 8, pp. 2033–2040, Aug. 2011.

M. Audier, B. Chenevier, H. Roussel, L. Vin-cent, A. Peña, and A. Lintanf Salaün, “A very promising piezoelectric property of Ta2O5 thin films. I: Monoclinic–trigonal phase transi-tion,” J. Solid State Chem., vol. 184, no. 8, pp. 2023–2032, Aug. 2011.

C. Kane and J. Moore, “Topological insula-tors,” Phys. World, vol. 24, no. 2, pp. 32–36, Feb. 2011.

D. B. C Goringe and E. Hernandez, “Tight-binding modelling of materials,” Rep. Prog. Phys., vol. 60, pp. 1447–1512, 1997.

A. L. Kholkin, N. A. Pertsev, and A. V Goltsev, “Piezoelectricity and Crystal Symmetry,” in Piezoelectric and Acoustic Materials for Trans-ducer Applications, Boston, MA: Springer US, 2008, pp. 17–38.

R. E. Newnham, Properties of materials. Ox-ford University Press New York, 2005.

W. Voigt, Lehrbuch der Kristallphysik. Wies-baden: Vieweg+Teubner Verlag, 1966.

J. P. Perdew, A. Ruzsinszky, L. A. Constantin, J. Sun, and G. I. Csonka, “Some Fundamental Issues in Ground-State Density Functional Theory: A Guide for the Perplexed,” J. Chem. Theory Comput., vol. 5, no. 4, pp. 902–908, Apr. 2009.

A. M.-A. W Espinosa-García and J. M. Osorio-Guillén, “Electronic properties of the sulvanite compounds: Cu3TMS4 (TM= V, Nb, Ta),” Rev. Colomb. Física, vol. 40, pp. 36–39, 2008.

J. P. Perdew, A. Ruzsinszky, G. I. Csonka, O. A. Vydrov, G. E. Scuseria, L. A. Constantin, X. Zhou, and K. Burke, “Restoring the Density-Gradient Expansion for Exchange in Solids and Surfaces,” Phys. Rev. Lett., vol. 100, no. 13, p. 136406, Apr. 2008.

P. E. Blöchl, “Projector augmented-wave method,” Phys. Rev. B, vol. 50, no. 24, pp. 17953–17979, Dec. 1994.

G. Kresse and D. Joubert, “From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method,” Phys. Rev. B, vol. 59, no. 3, pp. 1758–1775, Jan. 1999.

G. Kresse and J. Furthmüller, “Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set,” Phys. Rev. B, vol. 54, no. 16, pp. 11169–11186, Oct. 1996.

P. Giannozzi and S. Baroni, “Density-Functional Perturbation Theory,” in Hand-book of Materials Modeling, Dordrecht: Spring-er Netherlands, 2005, pp. 195–214.

C. M. R. y Jorge M Osorio-Guillén, “Estudio teórico de las propiedades elásticas de los mi-nerales Cu3TMSe4 (TM = V, Nb, Ta) por medio de cálculos atomísticos de primeros-principios,” ing. cienc., vol. 7, no. 1, pp. 1644–1650, 2011.

Cómo citar
[1]
O. M. Giraldo-Giraldo, S. Pérez-Walton, y J. M. Osorio-Guillén, «Propiedades piezoeléctricas del Pentóxido de Niobio y Pentóxido de Tantalio: un estudio desde primeros principios: un estudio desde primeros principios», TecnoL., vol. 20, n.º 40, pp. 43–51, sep. 2017.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Publicado
2017-09-04
Sección
Artículos de investigación

Métricas

Crossref Cited-by logo