Estudio de las propiedades multiferroicas del zirconato de calcio (CaZrO3) dopado, usando la teoría de la funcional de densidad (DFT)

Abstract

En esta investigación, se examinaron las propiedades multiferroicas del zirconato de calcio (CaZrO3) con estructura ortorrómbico, inducidas por la presencia de elementos divalentes de tierras raras, en particular con europio y samario, introducidas como dopantes por sustitución en la posición del calcio dentro de la estructura cristalina del CaZrO3, el cual es un material que presenta propiedades ferroeléctricas en su fase pura con una brecha de energía y polarización espontánea calculados de 3,954 eV y 0,599 μC/cm2. El estudio fue realizado dentro de la teoría de la funcional de densidad (DFT), en el cual primero se optimizó la estructura cristalina y las posiciones atómicas del sistema puro y dopado, considerando la aproximación BFGS, luego se realizó cálculos auto consistentes de las ecuaciones de Kohn- Sham, utilizando la aproximación de PBE para la energía de intercambio y correlación, incluyendo el spin electrónico, el potencial de Hubbard para corregir las interacciones coulombianas entre los electrones en los orbitales f parcialmente llenos de los iones de tierras raras, seguidamente se calcularon las propiedades eléctricas y magnéticas, siendo la polarización espontánea evaluada dentro de la teoría King-Smith y Vanderbilt. Los resultados para el sistema dopado con Eu y Sm muestran que la brecha de energía disminuyó en ambos casos en 2,035 eV y 2,732 eV, respectivamente que indica que la propiedad dieléctrica del sistema puro se mantiene, por otra parte, encontramos que la polarización eléctrica incrementó en 3,157 μC/cm2 y 0,192 μC/cm2, confirmando que el material dopado tiene propiedades ferroeléctricas que son más fuertes comparado con el sistema puro.