p Compreender como os defeitos podem afetar as propriedades do estado fundamental, promover transições de fase, ou permitir funcionalidades inteiramente novas em alguns óxidos fortemente correlacionados tornou-se um assunto de grande interesse no campo do design e descoberta de novos materiais funcionais. SrMnO ₃ (SMO) é um exemplo particularmente interessante, mas é necessária uma melhor caracterização. Os pesquisadores da MARVEL desenvolveram agora um método que pode levar a previsões mais precisas da energética dos defeitos associados aos estados em gap em semicondutores ou isoladores. p Alguns óxidos de perovskita, por exemplo, mostraram um amplo espectro de propriedades funcionais tecnologicamente relevantes, como ferroeletricidade e magnetismo, que podem ser ajustados por meio de deformação. Tensão, Contudo, também se acopla com a química do defeito para determinar as propriedades do material.

p SrMnO ₃ (SMO) é um exemplo particularmente interessante para examinar a funcionalidade resultante de uma interação complexa de tensão, ordem magnética, distorções polares, e lacunas de oxigênio que são defeitos onipresentes nesses materiais. Em particular, a teoria previu que os filmes finos de SMO se transformam de antiferromagnético em ferromagnético com o aumento da deficiência de oxigênio, que é apoiado por estudos experimentais recentes.

p Essas previsões anteriores foram, no entanto, baseadas em cálculos da teoria funcional da densidade (DFT) que incorporou uma correção U com base nas propriedades eletrônicas e magnéticas de manganitas estequiométricas. Embora a inclusão de U - destinada a corrigir a auto-interação de elétrons em óxidos complexos - seja necessária em tais materiais, a escolha específica de U com base nas propriedades estequiométricas do material pode levar a possíveis deficiências na descrição do SMO defeituoso - os íons de manganês em torno do defeito têm um ambiente de coordenação diferente.

p Dependendo do estado de carga do defeito, um problema adicional está relacionado à descrição de vários estados de oxidação presentes no SMO com defeito. A formação de vacâncias de oxigênio é geralmente compensada por carga compensada por uma redução do estado de oxidação (OS) dos íons de manganês adjacentes à vacância, que pode, portanto, não ser adequadamente descrito pelo mesmo U.

p É por isso que o pós-doutorado da Universidade de Bern, Chiara Ricca, e seus colegas decidiram que era fundamental levar em consideração os efeitos estruturais e químicos locais para cada local de metal de transição no óxido ao se buscar uma descrição precisa do SMO defeituoso. Em colaboração com uma equipe do laboratório THEOS de Nicola Marzari, que desenvolveu recentemente uma abordagem baseada na teoria de perturbação funcional de densidade (DFPT) para calcular os parâmetros U, eles usaram valores U autoconsistentes e dependentes do local calculados a partir dos primeiros princípios para estudar a química do defeito e as propriedades magnéticas de filmes finos tensos e a granel de SMO.

p "Esta colaboração extremamente próxima entre os dois grupos, um enfocando o desenvolvimento de métodos e o outro em aplicações em materiais de óxido defeituosos, foi desencadeada pela união desses diferentes focos de pesquisa sob o guarda-chuva MARVEL ", disse Ulrich Aschauer da Universidade de Berna, um dos dois IPs envolvidos no trabalho.

p Os resultados mostram que este U autoconsistente melhora a estrutura do SrMnO estequiométrico ₃ com respeito a outros métodos, incluindo um usando um U empírico. Para sistemas defeituosos, U muda em função da distância do local do metal de transição do defeito, seu estado de oxidação, seu número de coordenação, e a fase magnética do material. Levando em consideração essa dependência, por sua vez, afeta as energias de formação de defeito computadas e as transições de fase magnética induzidas por deformação e / ou defeito previstas, especialmente quando estados localizados ocupados aparecem na lacuna de banda do material após a criação do defeito.

p "Acreditamos que esta abordagem pode levar a previsões mais precisas da energética de defeitos associados a estados em lacuna em semicondutores ou isoladores, tanto em comparação com DFT padrão e possivelmente funcionais híbridos a um custo computacional significativamente menor do que o último, "Disse Ricca." Isso se deve a uma descrição adequada dos efeitos químicos estruturais e locais induzidos pelos defeitos. "