Efecto de las tierras raras en las propiedades electrónicas de oxihaluros bidimensionales de Vanadio usando la teoría de la funcional de densidad

Abstract

En este trabajo se investigaron las propiedades estructurales, electrónicas, ferroeléctricas y magnéticas de la monocapa de VOCl2 con orden AFM-3, en su estado puro y tras la sustitución parcial de V4+ por iones de tierras raras (Nd, Sm y Eu) a distintas concentraciones (x = 0.250, 0.166, 0.083, 0.062), mediante cálculos basados en la Teoría de la Funcional de la Densidad. La modificación con tierras raras induce distorsiones dependientes de x, evidenciadas por la expansión anisotrópica de la red y, a concentraciones altas, por una transición de simetría rectangular a oblicua, atribuida a la diferencia de radios iónicos y a distorsiones tipo pseudo–Jahn–Teller. Estos cambios estructurales afectan de forma directa la respuesta electrónica y ferroeléctrica. El análisis de estructura de bandas y densidad de estados revela que los orbitales 4f modulan significativamente el gap y la polarización espontánea Ps. En particular, Nd y Sm a altas concentraciones incrementan notablemente Ps respecto al sistema puro, aunque con una reducción marcada del gap; al disminuir x, Ps se atenúa y tiende al valor del compuesto no modificado. En contraste, Eu exhibe un comportamiento no monótono: a x = 0.250 aparece carácter semimetálico y se suprime la ferroelectricidad, mientras que a concentraciones intermedias persiste una respuesta ferroeléctrica finita. Magnéticamente, la incorporación de tierras raras rompe la compensación de espín de la monocapa VOCl2 puro y estabiliza un estado ferrimagnético en todos los sistemas modificados, dominado por los grandes momentos locales de Nd3+, Sm3+ y Eu3+. La correlación entre distorsión estructural, modificación electrónica y orden magnético sugiere un acoplamiento magnetoeléctrico intrínseco. En conjunto, los resultados demuestran una sintonización eficiente de las propiedades multiferroicas, destacando los sistemas con Nd y Sm como candidatos para memorias ferroeléctricas no volátiles ydispositivos espintrónicos bidimensionales.