Espectroscopia e estrutura eletrônica do composto SrRuO3

Abstract

Resumo: Na presente dissertação, a estrutura eletrônica da perovskita SrRuO3 foi estudada. Os métodos experimentais combinaram espectroscopia de fotoemissão (ressonante) de raios X (XPS) e espectroscopia de absorção de raios X (XAS). Os espectros experimentais foram interpretados com modelo de cluster estendido, que trata ambos os efeitos de covalência e de correlação eletrônica. O modelo incluiu um canal de blindagem não-local para dar conta de contribuições de outros clusters. Os resultados do modelo de cluster estendido foram também comparados com cálculos de estrutura de bandas realizados dentro da aproximação GGA (Generalized Gradient Approximation). Os resultados para a amostra volumétrica mostraram que o composto está em um regime de transferência de carga negativo, o que significa que seu estado fundamental é composto principalmente por estados com buracos na banda de O 2p. Esse regime leva a uma complexa e intricada estrutura eletrônica, especialmente próxima ao nível de Fermi. Nos espectros de nível interno e de banda de valência, as regiões de baixa energia são devidas a estados finais bem-blindados. Em energias de ligação maiores, as contribuições vêm dos estados fracamente blindados, que dão origem aos satélites de transferência de carga no nível interno e aos estados de Ru 4d misturados na banda de O 2p. A espectroscopia de fotoemissão ressonante na borda de Ru L3 foi capaz de identificar a contribuição de estados de Ru por toda a banda de valência. Em particular, foi encontrado caráter de Ru 4d em uma região que era entendida como sendo composta somente por estados de O 2p. Quanto à banda de condução, o espectro de XAS O 1s exibe as sub-bandas t2g e eg, formadas pela separação dos estados de Ru 4d em simetria octaédrica, e outras contribuições em energias maiores. Esse espectro confirma os altos valores do campo cristalino e da interação de troca interatômica, responsáveis pelo regime de transferência de carga negativo. Adicionalmente, o espectro de condutividade óptica foi calculado a partir da convolução de estados de remoção e de adição, e foi comparado com resultados da literatura. Todos os espectros apresentados aqui foram reproduzidos com um único conjunto de parâmetros, e os resultados mostram que ambos os efeitos de covalência e correlação estão presentes na estrutura eletrônica do SrRuO3, e a inclusão desses efeitos é crucial para interpretar corretamente sua estrutura eletrônica e suas propriedades físicas. A comparação dos resultados do modelo de cluster com cálculos de estrutura de bandas mostra que o último falha na reprodução quantitativa de algumas estruturas no espectro de banda de valência, mas é bem-sucedido em explicar o espectro de XAS na borda O 1s. Tais diferenças são atribuídas a alguns aspectos experimentais e a algumas características do cálculo de estrutura de bandas utilizado. Finalmente, a transição de fase metal-isolante induzida por dimensionalidade atravessada por esse composto é estudada. Os espectros de banda de valência de filmes finos revelam uma redução sistemática no peso espectral próximo ao nível de Fermi com a espessura dos filmes, levando a um estado isolante. Para incluir as mudanças na dimensionalidade do sistema, os parâmetros não-locais do modelo de cluster estendido foram modificados adequadamente, e os cálculos teóricos foram capazes de simular a transição de fase.