Efecto del dopado con cerio sobre las propiedades estructurales y electrónicas de la circonia. Estudio DFT+U

DAMIÁN E. MAGNELLI; MARISA A. FRECHERO; GABRIELA F. CABEZA

Bariloche

Congreso; 107a Reunión Nacional de Física; 2022

AFA

El diseñoteórico de la circonia (ZrO2) en sus fases monoclínica y cúbica, estequiométricay dopada sustitucionalmente con cerio ha sido modelado empleando el códigocomercial VASP (Vienna ab-initiosimulation package) [1] con el objetivo de analizar los cambios producidospor la presencia del dopante. Para la simulación de la estructura hemos evaluado tanto el efecto de laelección del número de electrones de valencia del cerio (Ce) considerados enlos pseudopotenciales empleados, así como el valor del coeficiente de Hubbard (U)incluido en el formalismo de la Teoría de la Funcional Densidad(DFT+U). Motiva este análisis la presencia de diferentes estados de oxidaciónCe+3 y Ce+4 presentes en el sistema. La no estequiometriagenerada por la introducción de defectos puntuales tales como vacancias de oxígenotambién han sido evaluadas.El desarrollo de este trabajobusca optimizar los parámetros necesarios para estudiar la estructura tipogarnet del LLZO (Li7La3Zr2O12) modelada,debido a su potencial aplicación como electrolito sólido para baterías deestado sólido dada a su elevada conductividad iónica reportadaexperimentalmente (10−3 Scm−1 a temperatura ambiente) [2].El LLZO cristaliza en dos fases estables: una cúbica con una distribucióndesordenada de Li+ y otra tetragonal, con una distribución ordenada(cuya conductividad es dos órdenes de magnitud menor que la forma cúbica). Apartir del dopado con Ce4+ buscamos inducir laestabilidad de la forma cúbica, incrementando la movilidad de los cationes einclusive minimizar la necesidad del uso de lantano debido a su elevado costo.Para esto seguimos dos caminos: el experimental, en el que sintetizamos el LLZOdopado con cerio por molienda mecánica y tratamiento térmico a partir de ZrO2,CeO2, La2O3 y Li2CO3 yotro teórico computacional En este trabajo presentamos losresultados teóricos del procedimiento seguido en la simulación para laconstrucción del sistema a partir de sus componentes procurando imitar elmétodo de síntesis elegido para comprender las transformaciones intermedias quellevan al material buscado. Como complemento mostramos algunos resultadosexperimentales propios del proceso de síntesis optimizado junto a sucaracterización estructural. Referencias[1] G. Kresse, J.Furthmüller, Phys. Rev. B 54 (1996) 11169[1] A. J. Samson, K. Hofstetter, S. Bagand V. Thangadurai, Energy Environ Sci. 12 (2019) 2957