Cálculo computacional de las propiedades magnéticas de la superred MnO/ZnO
Resumen
En este trabajo se realizaron cálculos por primeros principios basados en la Teoría del Funcional de la Densidad, con el fin de investigar las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de la superred MnO/ZnO en la estructura wurtzita. Se utilizó el método Ondas Plana Aumentadas y Linealizadas Potencial Completo (FP LAPW), tal como está implementado en el código computacional Wien2k. Los efectos de intercambio y de correlación entre los electrones fueron tratados por medio de la Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA) de Pedew, Burke y Ernzerhof (PBE). El análisis de las propiedades estructurales muestran que el valor del módulo de volumen es alto, por tanto, esta superred es bastante rígida y es buena candidata para aplicaciones en dispositivos que deban trabajar altas temperaturas, altas potencias y en recubrimientos duros. Los estudios de la densidad estados muestran que la superred posee un comportamiento semimetálicos con polarización de espín en el estado base del 100% y un momento magnético de 5 μβ/atomo-Mn, el estado ferromagnético proviene de la hibridación y polarización de los estados Mn-3d en mayor contribución y de los orbitales O-2p en menor contribución que atraviesan el nivel de Fermi. Debido a esta propiedad la superred puede ser potencialmente usada en espintrónica.Referencias bibliográficas
S. Limpijumnong and S. Jungthawan, “First-principles study of the wurtzite-to-rocksalt homogeneous transformation: A case of a low-transformation barrier,” Phys. Rev. B, vol. 70, no. 5, p. 054104, Aug. 2004.
H. Wamg, C. Xie, W. Zhang, S. Cai, Z. Yang, and Y. Gui, “Comparison of dye degradation efficiency using ZnO powders with various size scales,” J. Hazard. Mater., vol. 141, no. 3, pp. 645–652, Mar. 2007.
S. Hong, T. Joo, W. Il Park, Y. H. Jun, and G.-C. Yi, “Time-resolved photoluminescence of the size-controlled ZnO nanorods,” Appl. Phys. Lett., vol. 83, no. 20, p. 4157, 2003.
J. Schulz, H. Hohenberg, F. Pflücker, E. Gärtner, T. Will, S. Pfeiffer, R. Wepf, V. Wendel, H. Gers-Barlag, and K.-P. Wittern, “Distribution of sunscreens on skin,” Adv. Drug Deliv. Rev., vol. 54, pp. S157–S163, Nov. 2002.
Y. D. L. J.Q. Xu Y.P. Chen and J. N. Shen, “Gas sensing properties of ZnO nanorods prepared by hydrothermal method,” J. Mater. Sci., vol. 40 (11), pp. 2919–2921, 2005.
J. Zhou, N. S. Xu, and Z. L. Wang, “Dissolving Behavior and Stability of ZnO Wires in Biofluids: A Study on Biodegradability and Biocompatibility of ZnO Nanostructures,” Adv. Mater., vol. 18, no. 18, pp. 2432–2435, Sep. 2006.
M. Kaminska, A. Twardowski, and D. Wasik, “Mn and other magnetic impurities in GaN and other III–V semiconductors – perspective for spintronic applications,” J. Mater. Sci. Mater. Electron., vol. 19, no. 8–9, pp. 828–834, Sep. 2008.
D. Karmakar, S. K. Mandal, R. M. Kadam, P. L. Paulose, A. K. Rajarajan, T. K. Nath, A. K. Das, I. Dasgupta, and G. P. Das, “Ferromagnetism in Fe-doped ZnO nanocrystals: Experiment and theory,” Phys. Rev. B, vol. 75, no. 14, p. 144404, Apr. 2007.
M. H. F. Sluiter, Y. Kawazoe, P. Sharma, A. Inoue, A. R. Raju, C. Rout, and U. V Waghmare, “First Principles Based Design and Experimental Evidence for a ZnO-Based Ferromagnet at Room Temperature,” Phys. Rev. Lett., vol. 94, no. 18, p. 187204, May 2005.
J. Mera, C. Córdoba, J. Doria, A. Gómez, C. Paucar, D. Fuchs, and O. Morán, “Structural and magnetic properties of Zn1−xMnxO nanocrystalline powders and thin films,” Thin Solid Films, vol. 525, pp. 13–19, Dec. 2012.
K. Schwarz, P. Blaha, and S. B. Trickey, “Electronic structure of solids with WIEN2k,” Mol. Phys., vol. 108, no. 21–23, pp. 3147–3166, Nov. 2010.
J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized Gradient Approximation Made Simple,” Phys. Rev. Lett., vol. 77, no. 18, pp. 3865–3868, Oct. 1996.
M. F. D, “The Compressibility of media under pressure,” Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, vol. 30 (9), pp. 244–247, 1944.
R. F. Zhang and S. Veprek, “Phase stabilities and spinodal decomposition in the Cr1−xAlxN system studied by ab initio LDA and thermodynamic modeling: Comparison with the Ti1−xAlxN and TiN/Si3N4 systems,” Acta Mater., vol. 55, no. 14, pp. 4615–4624, Aug. 2007.
S. H. Sheng, R. F. Zhang, and S. Veprek, “Phase stabilities and thermal decomposition in the Zr1−xAlxN system studied by ab initio calculation and thermodynamic modeling,” Acta Mater., vol. 56, no. 5, pp. 968–976, Mar. 2008.
X.-G. Xu, H.-L. Yang, Y. Wu, D.-L. Zhang, and Y. Jiang, “A first-principles study of the magnetic properties in boron-doped ZnO,” Chinese Phys. B, vol. 21, no. 4, p. 047504, Apr. 2012.
P. C. W. López and J. A. Rodríguez, “Estabilidad y estructura electrónica del ZnO,” Rev. Colomb. Física, vol. 43 (1), pp. 262–265, 2011.
S. K. Neogi, R. Karmakar, A. K. Misra, A. Banerjee, D. Das, and S. Bandyopadhyay, “Physical properties of antiferromagnetic Mn doped ZnO samples: Role of impurity phase,” J. Magn. Magn. Mater., vol. 346, pp. 130–137, Nov. 2013.
S. Desgreniers, “High-density phases of ZnO: Structural and compressive parameters,” Phys. Rev. B, vol. 58, no. 21, pp. 14102–14105, Dec. 1998.
M. E. C. Vargas-Hernández and R. Báez, “Half-metallic ferromagnetism of ZnxMn1-xO compounds: A first-principles study,” Comput. Condens. Matter, vol. 4, pp. 1–5, 2015.
X. Y. Cui, B. Delley, A. J. Freeman, and C. Stampfl, “Magnetic Metastability in Tetrahedrally Bonded Magnetic III-Nitride Semiconductors,” Phys. Rev. Lett., vol. 97, no. 1, p. 016402, Jul. 2006.
S. Picozzi and M. Ležaić, “Ab-initio study of exchange constants and electronic structure in diluted magnetic group-IV semiconductors,” New J. Phys., vol. 10, no. 5, p. 055017, May 2008.
S.-H. Jhi, J. Ihm, S. G. Louie, and M. L. Cohen, “Electronic mechanism of hardness enhancement in transition-metal carbonitrides,” Nature, vol. 399, no. 6732, pp. 132–134, May 1999.
