Efecto electronico de sustituciones isomorcas en la capa octaedrica de pirolita delaminada

C. ROMINA LUNA; WALTER REIMERS; MARCELO AVENA; ALFREDO JUAN

CORDOBA

Taller; Taller Regional de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia Condensada (TRFEMAC); 2021

IntroduccionLa pirolita Al2Si4O10(OH)2 es un silicato dioctaedrico, ya que solo dos tercios de los octaedros estan ocu-pados. Una lamina de pirolita esta formada por tres capas, una capa octaedrica y dos capas tetraedricas (1:2 oT:O:T), por ello se la conoce como trilaminar.Las fuerzas que unen las diferentes laminas T:O:T de la arcilla son mas debiles respecto a las que hay entre losiones de una misma lamina, por ese motivo los losilicatos tienen una clara direccion de exfoliacion, paralela alas laminas. La estraticacion de los losilicatos hace que sean particularmente debiles cuando se los cortan enparalelo a los planos basales. Aislin y colaboradores reportaron la obtencion de pirolita delaminada mediante eluso de un nuevo tipo de defectos cristalograco denominados ripplocation [1], exclusivo de los materiales estrat-icados, que combina la delaminacion a nanoescala con el deslizamiento cristalograco de una dislocacion basal[2]. Sin embargo en la literatura abierta no hay informacion sobre el efecto de sustituciones isomorcas en la capaoctaedrica de pirolita delaminada.MetodologaEn este trabajo se modela y estudia, mediante calculos basados en la teora DFT implementada por el paqueteVASP [3], el efecto de las tres sustituciones mas comunes en pirolita delaminada (Mg2+, Fe2+ y Fe3+). Seutilizo el modelo estructural de Wyoming, cuya formula estructural es (Al1;67X0;33)Si4O10(OH)2 donde X puedeser Al, Mg o Fe [4-5]. La energa de corte que asegura la convergencia es de 650 eV, la grilla de k-points utilizada esde 11x11x1. La convergencia en energa fue de 10􀀀3 eV/A en cada atomo. Para el hierro se utilizo la aproximacionDFT+U, siendo Uef=4 eV el valor mas apropiado para los calculos. En el caso de Fe3+ no se considero car-ga extra en el modelo, mientras que en el caso de Mg2+ y Fe2+ se considero un carga neta de -1 por celda unidad.ResultadosSe realizo un analisis de la densidad de estados para cada sistema. Se observa que la pirolita delaminada (D-P)tiene un comportamiento aislante debido a su valor de banda prohibida (Eg) de 5.58 eV. El nivel de Fermi seubica cercano a la banda de valencia (BV). La mayor contribucion a BV es debida a los electrones p del oxgeno.Cuando se sustituye un Mg por un Al en la capa octaedrica se observa una disminucion en la cantidad de estadosocupados cercanos al nivel de Fermi. Esto se traduce en un cambio no tan signicativo en el valor de Eg. Enel caso de Fe2+ se observa un corrimiento del nivel de Fermi hacia valores mas altos de energa, debido a queeste actua como donor, mientras que Fe2+ tiene un comportamiento aceptor en D-P. En ambos casos (Fe2+ yFe3+) se observa la aparicion de estados electronicos dentro de la zona prohibida, reduciendo considerablementeel valor de Eg. Ademas de este comportamiento, se puede notar que la densidad de estados para las contribucionesspin-up y spin-down no son simetricas, y este se traduce en un valor de momento magnetico diferente de cero. Esdecir la pirolita pasa a tener un comportamiento paramagnetico cuando hay Fe en la capa octaedrica.ConclusionSe puede concluir que la sustitucion de Fe produce cambios electronicos mas signicativos respectos al Mg.Se observa una reduccion importante del ancho de banda prohibida y un comportamiento paramagnetico debidoa la naturaleza del hierro.Referencias[1] J. Aslin, E. Mariani, K. Dawson y Michel W. Barsoum, Nat Commun 2019, 10, 686[2] J. G. McHugh, P. Mouratidis y K. Jolley, Cond. Mat. Mtrl. Sci. 2021arXiv:2012.08007v2[3] https://www.vasp.at/[4] S. I. Tsipursky y V.A. Drits, Clay Miner., 1984,19,177-193[5] E. Scholtzova? , D. Tunega , J. Madejova, H. Palkova y P. Komadel, Vib. Spectrosc., 2013,66, 123-131