“HfO2:Ta y ZrO2:Ta. Gemelos idénticos o una pareja con diferencias?”

R. E. ALONSO; M. TAYLOR; L. ERRICO; E. L. PELTZER Y BLANCA

Rosario, Santa Fe, Argentina

Congreso; 94 Reunión Nacional de Física; 2009

AFA

Hafnia (HfO2) y zirconia (Zr HfO2)  son semiconductores de ancho gap con una alta  constante dieléctrica y muy similares estructuras y propiedades (tanto físicas como químicas). Ambos óxidos forman a temperatura ambiente una estructura monoclínica, para transformarse a una fase tetragonal a temperaturas intermedias y cúbica a temperaturas altas.    Ambos óxidos presentan amplio interés tecnológico debido a sus puntos de fusión elevados, alta estabilidad química y alto valor de constante dieléctrica. En diferentes formas, y con el agregado de pequeñas cantidades de impurezas presentan aplicaciones tecnológicas que van desde electrolitos para celdas de combustión a sustratos catalíticos y revestimientos protectores.   Tanto el HfO2 como el Zr HfO2 han sido ampliamente estudiados mediante la técnica de las correlaciones angulares perturbadas diferenciales en el tiempo (TDPAC), usando como sonda 181Ta. Sin embargo, hasta el presente, el análisis de los resultados TDPAC se ha basado en modelos muy simples, en los cuales se asume que la sonda impureza es un “buen observador” de la red cristalina, es decir, brinda información estructural del sistema en estudio sin introducir cambios estructurales o electrónicos en su entorno.   En esta comunicación presentamos un estudio de primeros principios (usando el método full-potential linear augmented plane wave plus local orbital, APW+lo) de propiedades estructurales, electrónicas e hiperfinas de impurezas Ta sustitucionalmente localizadas en sitios catiónicos de la estructura monoclínica de HfO2 y ZrO2 en fase monoclínica. A partir del excelente acuerdo entre los resultados experimentales obtenidos mediante TDPAC y nuestros cálculos del tensor gradiente de campo eléctrico (EFG) hemos obtenido el estado de carga de las impurezas Ta a 300 K así como las distorsiones estructurales inducidas por las impurezas en las redes del ZrO2 y HfO2. De estos resultados, podemos determinar el rol que juega la sonda Ta en el origen del EFG.