Estrutura eletrônica de SrTiO-3-delta

Abstract

Resumo: A introducao de vacancia de oxigenio no SrTiO3 pode mudar significativamente sua estrutura eletronica, alterando algumas das suas propriedades fisicas. Por exemplo, enquanto o composto estequiometrico e isolante e diamagnetico, o material com vacancias de oxigenio e metalico e apresenta ordenamento magnetico. Apesar de estar bem estabelecido na literatura que o SrTiO3 apresenta propriedades magneticas, ha divergencia em relacao ao tipo de ordenamento. Alem disso, ainda nao existe um trabalho explorando os efeitos de diferentes configuracoes de vacancias de oxigenio nas propriedades fisicas desse composto. Tambem nao ha algum estudo sobre os efeitos da interacao de vacancias de oxigenio nas propriedades magneticas, apesar de se saber que essa interacao leva a mudancas nas estrutura de bandas do material. Devido as lacunas presentes na literatura, foram realizados calculos de estrutura de bandas para o SrTiO3 para diferentes concentracoes de vacancias de oxigenio, no regime diluido de vacancias. Tambem foram realizados calculos para o composto com diferentes configuracoes de vacancias, a fim de investigar as suas interacoes. Por ultimo, mas nao menos importante, foram feitas medidas de fotoemissao e fotoemissao ressonante em amostras monocristalinas de SrTiO3, com diferentes concentracoes de vacancias. Os resultados dos calculos para o regime diluido indicam que somente tres concentracoes de vacancias estudadas, ?? = 1; 0,125 e 0, 084, levam o material a apresentar um ordenamento magnetico. Alem disso, tambem indicam que existe uma distorcao cristalina que tende a destruir a fase magnetica. Para a interacao de vacancias, os resultados obtidos indicam que diferentes configuracoes de vacancias podem apresentar ordenamento magnetico diferentes, o que pode explicar um resultado presente na literatura, o qual indica que existe uma competicao entre o ferromagnetismo e antiferromagnetismo neste material. Esses resultados tambem indicam que, a temperatura ambiente, mais de uma configuracao de vacancias pode contribuir para as propriedades termodinamicas desse material, alem de indicar que o uso de uma pressao externa pode ser uma mecanismo para mudanca de configuracao de vacancias de oxigenio. Os resultados experimentais obtidos mostram que a banda do oxigenio e sensivel a mudanca de concentracao, mesmo para pequena concentracao de oxigenio. Alem disso, esses resultados tambem indicam que, conforme a concentracao de vacancias aumenta, ha uma mudanca na valencia de parte do titanio do material. Palavras-chave: Estrutura eletronica, SrTiO3, Vacancia de oxigenio

Abstract: The introduction of oxygen vacancies at SrTiO3 may significantly change its electronic structure, altering some of its physical properties. For instance, while the stoichiometric compound is an insulator and diamagnetic, the material with oxygen vacancies is metallic and shows magnetic ordering. Even though it is well established in the literature that SrTiO3 shows magnetic properties, there are divergences about the type of its ordering. Furthermore, until now there has not yet been a work exploring the effects of different oxygen vacancies configurations in the physical properties of this compound. Neither there has been a study about the effects of the interaction between oxygen vacancies in the magnetic properties, even though it is known that this interaction leads to changes in the band structure of this material. Due to the gaps in the literature, band structure calculations of SrTiO3 were performed for different oxygen vacancy concentrations in the diluted regime. Also, calculations for the compound with vacancy configurations were performed in order to investigate its interactions. Last but not least, photoemission and resonant photoemission measurements were performed on SrTiO3 single crystals with different vacancy concentrations. The results from the calculations for the diluted regime show that only three vacancy concentrations, ?? = 1, 0.125 and 0.084, lead the material to magnetic ordering. Furthermore, they indicate that there is a crystalline distortion that tends to destroy the magnetic phase. About the interaction between vacancies, the results obtained show that different vacancies configurations might show different magnetic ordering, which may explain a result in the literature, which indicates that there is a competition between ferromagnetism and antiferromagnetism in this material. These results also show that at room temperature more than one vacancy configuration may contribute to the thermodynamics properties of this material, aside from indicating that an external pressure may be a mechanism to change the oxygen vacancy configuration. The experimental results show that the oxygen band is sensible to the vacancy concentration, even at low oxygen vacancy concentration. Moreover, they show that as the vacancy concentration increases, there is a change in valence of some Ti atoms. Keywords: Electronic structure, SrTiO3, Oxygen Vacancy