Vol. 19 Núm. 1 (2020): Revista UIS Ingenierías
Artículos

Naturaleza electrónica espín-metálica y propiedades termofísicas del molibdato de cobalto tipo perovskita Ba2CoMoO6

Críspulo Deluque-Toro
Universidad del Magdalena
Arles Gil-Rebaza
Instituto de Física La Plata – IFLP
Jorge Villa-Hernández
Universidad Nacional de Colombia
David Landínez-Téllez
Universidad Nacional de Colombia
Jairo Roa-Rojas
Universidad Nacional de Colombia

Publicado 2020-01-04

Palabras clave

  • perovskita compleja,
  • espín-metalicidad,
  • estructura electrónica,
  • propiedades de equilibrio

Cómo citar

Deluque-Toro, C., Gil-Rebaza, A., Villa-Hernández, J., Landínez-Téllez, D., & Roa-Rojas, J. (2020). Naturaleza electrónica espín-metálica y propiedades termofísicas del molibdato de cobalto tipo perovskita Ba2CoMoO6. Revista UIS Ingenierías, 19(1), 213–224. https://doi.org/10.18273/revuin.v19n1-2020020

Resumen

Los materiales de tipo perovskita que incluyen elementos magnéticos tienen relevancia debido a las perspectivas tecnológicas en la industria de la espintrónica. En este trabajo se efectúa un estudio exhaustivo de las propiedades magnéticas, estructurales y electrónicas de la perovskita doble Ba2CoMoO6. Los cálculos se realizan a través del método de ondas planas aumentadas y linealizadas dentro del marco de la teoría del funcional de la densidad con efectos de intercambio y correlación en las aproximaciones del gradiente generalizado y de densidad local, incluyendo polarización de espín. A partir de la minimización de la energía en función del volumen, utilizando la ecuación de estado de Murnaghan, se obtuvieron el parámetro de red de equilibrio y las propiedades cohesivas de este compuesto. El estudio de la estructura electrónica se basó en el análisis de la densidad electrónica de estados y la estructura de bandas, mostrando que este compuesto evidencia un carácter conductor para un canal de espín y aislante para el otro, presentando un valor entero para el momento magnético efectivo (3.0 μB), que permite clasificarlo como un material espín-metálico. Los efectos de la presión y la temperatura sobre las propiedades termofísicas, como el calor específico, la temperatura de Debye, el coeficiente de expansión térmica y el parámetro Grüneisen, se calcularon y analizaron a partir de la ecuación de estado del sistema. Los resultados obtenidos revelan que, en el régimen de baja temperatura, el calor específico a volumen y presión constantes presenta un comportamiento análogo entre sí, con una tendencia al límite de Dulong-Petit típico de las estructuras de tipo perovskita cúbica, mostrando un valor de 246.3 J/mol.K a volumen constante y valores ligeramente más altos a presión constante. La dependencia del coeficiente de expansión térmica, la temperatura de Debye y el parámetro Grüneisen con el aumento de temperatura se discute en relación con otros materiales de tipo perovskita.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Referencias

[1] C.J. Howard, B.J. Kennedy, P.M. Woodward, “Ordered double perovskites -- a group-theoretical analysis”, Acta Cryst. B, vol. 59, no. 4, pp. 463-471, 2003. doi: 10.1107/s0108768103010073

[2] L. Alff, in Electron Correlation in New Materials and Nanosystems, K. Scharnberg, S. Kruchinin (Eds.), NATO Science Series II 241, pp. 393-400, 2007.

[3] H. Sakakima, M. Satomi, E. Hirota, H. Adachi, “Spin-valves using perovskite antiferromagnets as the pinning layers”, IEEE Transact. Magn. vol. 35, no. 5, pp. 2958 – 29608, 1999. doi: 10.1109/20.801046

[4] T. Kimura, T. Goto, H. Shintani, K. Ishizaka, T. Arima, Y. Tokura, “Magnetic control of ferroelectric polarization”, Nature, vol 426, no. 6962 pp. 55-58, 2003. doi: 10.1038/nature02018

[5] J. M. De Teresa, J. M. Michalik, J. Blasco, P. A. Algarabel, M. R. Ibarra, C. Kapusta, U. Zeitler, “Magnetization of Re-based double perovskites: Noninteger saturation magnetization disclosed”, Appl. Phys. Lett. Vol. 90, 252514, 2007. doi: 10.1063/1.2751127

[6] L. Balcells, R. Enrich, A. Calleja, J. Sourcecuberta, X. Obradors, “Designing and testing of a sensor based on magneto resistive manganese perovskite thin film”, J. Appl. Phys. Vol. 80, no. 8, pp. 4298-4300, 1997. doi: 10.1063/1.364808

[7] Y. Mao, J. Parsons, J. S. McCloy, “Magnetic properties of double perovskite La2BMnO6 (B = Ni or Co) nanoparticles”, Nanoscale, vol. 5, no. 11, pp. 4720-4728, 2013. doi: 10.1039/c3nr00825h

[8] M. Bonilla, D.A. Landínez Téllez, J. Arbey Rodríguez, J. Albino Aguiar, J. Roa-Rojas, “Study of half-metallic behavior in Sr2CoWO6 perovskite by ab initio DFT calculations”, J. Magn. Magn. Mater. Vol. 320, no. 14, pp. e397-e399, 2008. doi: 10.1016/j.jmmm.2008.02.179

[9] S.A. Dar, V. Srivastava, U.K. Sakalle, “Temperature and pressure dependent electronic, mechanical and thermal properties of f-electron based ferromagnetic barium neptunate”, Chin. J. Phys., vol. 55, no. 5, pp. 1769-1779, 2017. doi: 10.1016/j.cjph.2017.08.002

[10] C.E. Deluque Toro, D.A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas, “Ab-initio analysis of magnetic, structural, electronic and thermodynamic properties of the Ba2TiMnO6 manganite,” Dyna vol. 85, no. 205, pp. 27-36, 2018. doi: 10.15446/dyna.v85n205.68517

[11] F. Guyot, Y. Wang, P. Gillet, Y. Ricard, “Quasi-harmonic computations of thermodynamic parameters of olivines at high-pressure and high-temperature. A comparison with experiment data”, Phys. Earth Planet. Int. vol. 98, no. 1-2, pp. 17-29, 1996.

[12] M. Bibes, A. Barthelemy, “Oxide spintronics”, IEEE Trans. Elec. Dev. Vol. 54, no. 5, pp. 1003-1022, 2007.

[13] Y-H. Huang, G. Liang, M. Croft, M. Lehtimäki, M. Karppinen, J.B. Goodenough, “Double-Perovskite Anode Materials Sr2MMoO6 (M = Co, Ni) for Solid Oxide Fuel Cells,” Chem. Mater., vol. 21, no. 11, pp. 2319-2326, 2009. doi: 10.1021/cm8033643

[14] M.J. Martinez-Lope, J.A. Alonso, M.T. Casais, M.T. Fernandez-Diaz, “Preparation, Crystal and Magnetic Structure of the Double Perovskites Ba2CoBO6 (B = Mo, W),” Eur. J. Inorg. Chem., vol. 2002, no. 20, pp. 2463-2469, 2002.

[15] M. Musa Saad H.-E., M.A.K. Abdelhalim, A. El-Taher, “First-principles study of structural, electronic and magnetic properties of double perovskite oxides Ba2CoMO6 (M=Mo and W),” Mater. Sci. Semicond. Process., vol. 34, pp. 281-290, 2015. doi: 10.1016/j.mssp.2015.02.038

[16] P. Blaha, K. Schwarz, G. K. H. Madsen, D. Kvasnicka, J. Luitz, WIEN2k, An Aug-mented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties (Karlheinz Schwarz, Techn. Universität Wien, Austria, 2001), ISBN 3-9501031-1-2.

[17] W. Khon, L. S. Sham, “Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects,” Phys. Rev., vol. 140, pp. A1133-1138, 1965.

[18] J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, “Generalized gradient approximation made simple,” Phys. Rev. Lett., vol. 77, no. 18, pp. 3865-3868, 1996.

[19] F.D. Murnaghan, “The compressibility of media under extreme pressures,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol. 30, no. 9, pp. 244-247, 1944.

[20] C.E. Deluque Toro, A.S. Mosquera Polo, A.V. Gil Rebaza, D.A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas, “Ab Initio Study of the Electronic Structure, Elastic Properties, Magnetic Feature and Thermodynamic Properties of the Ba2NiMoO6 Material,” J. Low. Temp. Phys., vol. 192, no. 5-6, pp. 265-285, 2018. doi: 10.1007/s10909-018-1937-9

[21] M.W. Lufaso, P.M. Woodward, “Prediction of the crystal structures of perovskites using the software program SPuDS,” Acta Cryst. B, vol. 57, no. 6, pp. 725-738, 2001.

[22] W. Kraus, G. Nolze, POWDER CELL - a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns,” J. Appl. Crystallogr., vol. 29, no. 3, pp. 301-303, 1996.

[23] Q. Madueño, D.A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas, “Production and characterization of Ba2NdSbO6 complex perovskite as a substrate for YBa2Cu3O7- superconducting films,” Mod. Phys. Lett. B, vol. 20, no. 8, pp. 427-437, 2006.

[24] C.A. Triana, D.A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas, “General study on the crystal, electronic and band structures, the morphological characterization, and the magnetic properties of the Sr2DyRuO6 complex perovskite,” Mater. Character., vol. 99, pp. 128-141, 2015.

[25] R. Cardona, D.A. Landínez Téllez, J. Arbey Rodriguez M., F. Fajardo, J. Roa-Rojas, “Structural and magnetic properties of double-perovskite Ba2MnMoO6 by density functional theory,” J. Magnet. Magnet. Mater., vol. 320, no. 14, e85-e87, 2008.

[26] Y.M. Niquet, M. Fuchs, X. Gonze, “Exchange-correlation potentials in the adiabatic connection fluctuation-dissipation framework,” Phys. Rev. A, vol. 68, pp. 032507, 2003.

[27] D.D. Sarma, Sugata Ray, “Properties of a new magnetic material: Sr2FeMoO6,” Chem. Sci., vol. 113, no. 5-6, pp. 515-525, 2001.

[28] C.M. Bonilla, D.A. Landínez Téllez, J. Arbey Rodríguez, E. Vera López, J. Roa-Rojas, “Half-metallic behavior and electronic structure of Sr2CrMoO6 magnetic system,” Phys. B, vol. 398, no. 2, 208-211, 2007.

[29] C.E. Alarcón Suesca, C.E. Deluque Toro, A.V. Gil Rebaza, D.A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas, “Ab-initio studies of electronic, structural and thermophysical properties of the Sr2TiMoO6 double perovskite,” J. Alloys Compd., vol. 771, pp. 1080-1089, 2019. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.08.314

[30] J. Kim, X. Chen, P-C. Shih, H. Yang, “Porous Perovskite-Type Lanthanum Cobaltite as Electrocatalysts toward Oxygen Evolution Reaction,” Sustainable Chem. Eng., vol. 5, no. 11, pp. 10910-10917, 2017.

[31] O. Sahnoun, H. Bouhani-Benziane, M. Sahnoun, M. Driz, C. Daul, Comput., “Ab initio study of structural, electronic and thermodynamic properties of tungstate double perovskites Ba2MWO6 (M= Mg, Ni, Zn),” Mater. Sci., vol. 77, pp. 316-321, 2013. doi: 10.1016/j.commatsci.2013.04.053

[32] A. Fossdal, M. Menon, I. Wærnhus, K. Wiik, M-A. Einarsrud, “Crystal structure and thermal expansion of La1-xSrxFeO3-δ materials,” J. Amer. Ceram. Soc., vol. 87, pp. 1952-1958, 2004.

[33] Y. Markandeya, Y.S. Reddy, S. Bale, C.V. Reddy, Y. Bhikshamaiah, “Characterization and thermal expansion of Sr2Fe𝑥Mo2−𝑥O6 double perovskites,” Bull. Mater. Sci., vol. 38, no. 6, pp., 1603-1608, 2015.

[34] S.A. Dar, V. Srivastava, U.K. Sakalle, V. Parey, “Electronic structure, magnetic, mechanical and thermo-physical behavior of double perovskite Ba2MgOsO6,” Europ. Phys. J. Plus, vol. 133, no. 64, 2018. doi: 10.1140/epjp/i2018-11889-y