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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2796| Estudio teórico sobre las propiedades multiferroicas en heteroestructuras de BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3 por primeros principios Theoretical study on the multiferroic properties on BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3 heterostructures by first principles | |
| H LINH H MOK | |
| OSCAR RAYMOND HERRERA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| BiFeO3, La2/3Sr1/3MnO3, heteroestructuras de BiFeO3/ La2/3Sr1/3MnO3, cálculos de primeros principios, DFT, ferromagnetismo, ferroelectricidad, multiferroicos BiFeO3, La2/3Sr1/3MnO3, BiFeO3/ La2/3Sr1/3MnO3 heterostructures, first-principles calculations, DFT, ferromagnetism, ferroelectricity, multiferroic | |
| Las propiedades multiferroicas del compuesto BiFeO3 (BFO) han recibido gran atención durante décadas. Hasta la fecha, existen muchos estudios teóricos y experimentales detallados sobre la coexistencia en el BFO del ordenamiento ferroeléctrico (FE) que muestra una alta polarización espontánea con un ordenamiento antiferromagnético (AFM) que, bajo ciertas circunstancias, puede aparecer como ferromagnetismo (FM) débil. Sin embargo, en la literatura se encuentran pocos reportes sobre ordenamientos FM en el BFO los cuales se refieren a fenómenos en la interfaz de heteroestructuras y, aparentemente, ninguno sobre el BFO en bulto y/o película delgada con ordenamiento FM. Recientemente, se ha reportado un nuevo estado FM que coexiste con un ordenamiento FE a temperatura ambiente en películas delgadas de BFO (de grosor ≤ 50 nm) depositadas sobre substratos de La2/3Sr1/3MnO3/SiO2/Si(100) usando la técnica de erosión iónica (Ramirez-Camacho et al., 2017). Siguiendo este trabajo, estudiamos por primeros principios, las propiedades multiferroicas tanto en las partes como en el todo de heteroestructuras de BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3 (BFO/LSMO) enfocados en la explicación de las propiedades ferromagnéticas y ferroeléctricas observadas. Para este fin, usamos diferentes celdas de construcción: una celda romboédrica de 40 átomos con simetría R3c para el BiFeO3 , mientras para el LSMO se empleó una celda de 120 átomos con simetría R3 ̅c conteniendo el número de iones de La3+ y Sr2+ requeridos por la estequiometría. En cada caso se estudian las propiedades estructurales, el enlace químico y la estructura electrónica, empleando el formalismo de la teoría del funcional de la densidad (DFT) conjuntamente con el potencial de Hubbard (U) y el uso de una combinación de diferentes representaciones como la densidad de estados, la estructura de bandas, la densidad electrónica, la función de localización de electrones y los orbitales moleculares. La polarización espontánea Ps se calculó usando la teoría moderna de la polarización. El trabajo de tesis demuestra que es posible el ordenamiento FM estable en el BFO coexistiendo con el ordenamiento FE, como consecuencia de un pequeño aumento de las distorsiones romboédricas, fuertemente asociado a un mayor grado de covalencia de los orbitales eg de espín-arriba con los orbitales O-2p en los enlaces Fe-O. Con ello, el ordenamiento FM se establece mediante interacciones de intercambio indirecto como de super-intercambio y/o doble intercambio... The multiferroic properties of the BiFeO3 (BFO) compound have received great attention for decades. To date, there are many detailed theoretical and experimental studies on the coexistence of ferroelectric ordering (FE) that show a high spontaneous polarization and antiferromagnetic (AFM) ordering in BFO which, under certain circumstances, can show up a weak-ferromagnetism (FM). However, there are only a few reports in the literature of FM ordering in BFO at the interface in heterostructures and, apparently, none on FM BFO bulk and/or thin film. Recently, a novel FM state coexisting with FE ordering at room temperature has been reported in BFO thin films (thickness ≤ 50 nm) on La2/3Sr1/3MnO3/SiO2/Si(100) substrates grown by the sputtering technique (Ramirez-Camacho et al., 2017). Following this work, the multiferroic properties in both, the parts and the whole of BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3 (BFO/LSMO) heterostructures were studied by first principles, focusing on the explanation of the observed ferromagnetic and ferroelectric properties. For this purpose, different construction cells are used: a rhombohedral cell of 40 atoms with R3c symmetry for BiFeO3, while for the LSMO a cell with 120 atoms with R3 ̅c symmetry containing the number of La3+ and Sr2+ ions required for stoichiometry is used. In each case, structural properties, chemical bond and electronic structure are studied, using the density functional theory (DFT) + Hubbard potential (U) formalism using a combination of different representations such as density of states, band structure, electron density, electron localization function and molecular orbital. The spontaneous polarization Ps is calculated using the modern theory of polarization. The thesis shows that stable FM ordering in FE BFO is possible. It is a consequence of a small increase of the rhombohedral distortions and is strongly associated to a higher degree of covalence of the spin-up Fe-eg orbitals with the O-2p orbitals in the Fe-O bonds, and it is established by indirect exchange interactions such as superexchange and/or double exchange interactions which are mediated by the oxygen ions located between the Fe ions. The calculated Ps values are very similar independently of the magnetic ordering (AFM-G or FM), and are in good correspondence with those reported experimentally. For the LSMO, it is demonstrated that the ferromagnetic arrangement with the randomly distributed La3+ and Sr2+ ions is more stable than that with an ordered... | |
| CICESE | |
| 2019 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| H´Linh H´Mŏk. 2019. Estudio teórico sobre las propiedades multiferroicas en heteroestructuras de BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3 por primeros principios. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 99 pp. | |
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| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
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