Aplicación de métodos avanzados de cálculo ab-initio para la determinación de materiales de banda intermedia

Resumen

En esta Tesis se estudiará la aplicación de un método de primeros principios que permite comprobar si la estructura electrónica de compuestos identificados como materiales de banda intermedia presenta efectos de correlación electrónica intensa, y de ser así, hasta qué grado se manifiestan. Todos los cálculos mecanocuánticos realizados se engloban en el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad, partiendo de la descripción de las aproximaciones de densidad local (LDA) y de gradiente generalizada (GGA). Con el fin de subsanar la posible subestimación de la correlación electrónica que estas aproximaciones pueden presentar, se calcula el término efectivo de repulsión coulombiana local, o de Hubbard, que constituye la magnitud clave en su corrección posterior, ya sea a través de cálculos tipo LDA+U o siguiendo métodos de otra clase. Este procedimiento está basado en un método que permite obtener el término de Hubbard a partir de la respuesta lineal que la adición de pequeños potenciales induce sobre la ocupación de estados localizados. Este método se ha aplicado tradicionalmente sobre aislantes de tipo Mott-Hubbard, en los que los cálculos LDA/GGA parecen mostrar un comportamiento metálico. Habitualmente los materiales de banda intermedia contienen metales de transición cuyos electrones 3d pueden presentar una ocupación parcial. Adecuar la metodología anterior a materiales de banda intermedia requiere una serie de adaptaciones que se detallarán. En primer lugar se valida la capacidad del método anterior en combinación con un cálculo GGA+U para predecir la estructura electrónica de TiS2 puro e intercalado con Na, que ejerce de banco de pruebas. A continuación, se obtiene el término de Coulomb de diversos candidatos a material de banda intermedia. Los resultados obtenidos se comparan entre sí y con otras magnitudes para comprobar las propiedades del material. La búsqueda de nuevos materiales de banda intermedia también continúa. La investigación de nuevos compuestos, como TixSi, MxIn2-xS3 (M = Ti, V) o MnxGa1-xN, se une a la profundización del estudio sobre candidatos ya postulados, como TixGa1-xPx, MxCu4Ga3S8 (M = Ti, Cr) o MxMgIn2S8 (M = Ti, V).