Análisis teórico de las propiedades multiferroicas de la ferrita de bismuto (BiFeO3)

Abstract

En el presente trabajo se investigaron las propiedades multiferroicas de la ferrita de bismuto BiFeO3 puro y modificado, con estructura perovskita (ABO3). El estudio incluyó diferentes configuraciones antiferromagnéticas (AFM), específicamente los tipos A y G, los cuales difieren en la orientación de los espines electrónicos de los átomos de hierro en la estructura cristalina. Los compuestos modificados analizados fueron Bi0.834Nd0.166FeO3 con AFM-A y Bi0.834Nd0.166FeO3 con AFM-G, resultantes de sustituir en el BiFeO3 un átomo de Bi3+ por uno de Nd3+, representando una concentración de x = 0.166. Los cálculos se realizaron usando la teoría del DFT implementado en el software Quantum Espresso, usando pseudopotenciales ultrasuaves para las energías de intercambio y correlación, la optimización de las estructuras cristalinas se realizó usando la aproximación BFGS, se incluyó el parámetro de Hubbard de 2.43 eV para electrones d del hierro y 4.6 eV para los electrones f del neodimio. Se estudiaron las propiedades electrónicas y magnéticas utilizando la estructura de bandas y la densidad de estados, que son calculados usando los resultados de las funciones de onda y niveles de energía de Kohn-Sham. La teoría de King-Smith y Vanderbilt se utilizó para determinar la polarización eléctrica espontánea, confirmando la naturaleza ferroeléctrica de los compuestos estudiados. Además, la magnetización total, obtenida en cálculos auto-consistentes, se usó para evaluar la respuesta magnética (antiferromagnético y ferrimagnético). Los resultados muestran que la sustitución de Nd3+ en lugar de Bi3+ mantiene las propiedades ferroeléctricas del sistema dopado, haciéndolas aun mas intensas que en la BiFeO3 AFM-A y G puro.