Estrutura eletrônica e estados de Spin na série La1-xSrxCoO3

Abstract

Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar a estrutura eletrônica e a formação de estados de spin nos compostos LaCoO3 e SrCoO3 através de resultados experimentais de fotoemissão e de absorção de raios-X na série La1?xSrxCoO3. Os dados experimentais são confrontados com cálculos de estrutura de bandas realizados dentro da aproximação GGA da teoria do funcional de densidade bem como com os resultados provenientes do modelo de cluster. Através da análise do espectro de fotoemissão no nível Co 2p, verificamos a existência de efeitos de correlação eletrônica nos compostos. O estudo das propriedades do espectro de fotoemissão de banda de valência frente aos cálculos realizados nos permite concluir que o composto SrCoO3 possui caráter de um metal ferromagnético. Argumentamos que o estado fundamental é um estado de spin intermediário constituído de íons Co3+ acoplados com estados de buracos ligantes de O2p e estimamos o momento magnético como 2, 4?B, o que está de acordo com a literatura. Além disso, verificamos que, muito embora o método GGA forneça uma fase metálica para o composto LaCoO3, o estado fundamental do sistema é um spin baixo não-magnético, conclusão esta corroborada pelos espectros teóricos obtidos mediante o modelo de cluster. Finalmente, calculamos também os pesos espectrais dos estados finais de remoção e adição para os compostos LaCoO3 e SrCoO3, permitindonos inferir que o primeiro encontra-se num estado spin baixo (SB) enquanto o último apresenta-se num estado spin intermediário (SI).

Abstract: The objective of this work is to study the electronic structure and the spin states for LaCoO3 and SrCoO3 compounds by photoemission (PES) and X-ray absorption spectroscopy in La1?xSrxCoO3. The experimental data are confronted with theoretical calculations performed within the so-called GGA method of density function theory as well as a cluster model. Through a careful analysis of the Co 2p photoemission spectra we verify the existence of electronic correlation effects. The study of the valence band photoemission spectra in comparison with the theoretical calculations allows us to conclude that SrCoO3 does have a ferromagnetic metallic character. We argue that its ground state is an intermediate spin state composed by Co3+ ions coupled to O 2p ligand holes, and we obtain a magnetic moment of 2, 4?B in accordance with the literature. In addition, we show that, even though the GGA method leads to a metallic character for LaCoO3, its ground state is a non-magnetic low-spin one, and we prove this statement holds through a careful analysis of the theoretical spectral weights calculated through a cluster model method. Finally, we also calculate the spectral weight associated with removal and addition final states for both LaCoO3 and SrCoO3 compounds, somewhat allow us to infer that the former is in a low spin (LS) state while the later is acrtually an intermediate spin (IS) system.