Modelagem e simulação computacional de superfícies e interfaces: desenvolvimento e implementação de uma nova ferramenta no programa Crystal

• Processo: 13/03807-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 06 de maio de 2013
• Data de Término da vigência: 05 de julho de 2013
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Julio Ricardo Sambrano
• Beneficiário: Julio Ricardo Sambrano
• Pesquisador Anfitrião: Roberto Dovesi
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências (FC). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Università degli Studi di Torino (UNITO), Itália
• Vinculado ao auxílio: 08/57872-1 - Instituto Nacional de Ciências dos Materiais em Nanotecnologia, AP.TEM
• Assunto(s): Química teórica Desenvolvimento de novos materiais Óxidos Teoria do funcional da densidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Crystal | Dft | oxidos | superfícies | Química-Teórica

Resumo

O recente avanço tecnológico está intimamente ligado ao desenvolvimento de novos materiais, os quais emergem como uma alternativa aos materiais tradicionais. Situar-se na fronteira das pesquisas nesta nova classe de materiais requer o domínio das mais avançadas técnicas de síntese, análise e estudo de suas possíveis aplicações nos mais diversos setores da indústria. As propriedades mais importantes dos materiais com relevantes aplicações tecnológicas são governadas ou mesmo influenciadas pelas características eletrônicas e estruturais do "bulk", superfícies e suas interfaces (superfície/superfície). Em particular, as interfaces são o ponto fundamental no aprimoramento das propriedades dos novos materiais e que ainda são praticamente desconhecidas. As novas propriedades físico-químicas advindas das interfaces ou próxima dela são de extrema importância e podem ser muito diferentes das que são esperadas para o material puro. Como exemplo, a indústria eletrônica baseia-se nas propriedades elétricas das interfaces de semicondutor-A/semicondutor-B, semicondutores/metais e até mesmo sanduiches do tipo metal/semicondutor/metal ou semicondutor-A/ semicondutor-B/semicondutor-A, e vice-versa. Até o presente momento o conhecimento e o estudo detalhado, mesmo das mais simples interfaces, ainda é carece de pesquisas teóricas profundas, que por consequência tem despertado cada vez mais a atenção dos pesquisadores para entender e elucidar as propriedades advindas destes novos materiais. Compreender a nível atômico a morfologia e a estrutura eletrônica da interface é uma tarefa que pode ser simplificada quando analisada sob a luz da Química Teórica e Computacional, a qual têm sido cada vez mais utilizada nas pesquisas e desenvolvimento de novos materiais. A Química Teórica e Computacional é voltada para modelar estruturas e propriedades utilizando os principais princípios da Física e da Química do Estado Sólido, auxiliando o desenvolvimento de catalisadores, células solares, capacitores, sensores de gases, memórias ferroelétricas entre outros. Nosso grupo de pesquisa tem devotado parte de sua atenção à simulação de interfaces de óxidos/óxidos. Este estudo não é demasiadamente complicado do ponto de vista computacional quando os sistemas envolvidos têm a mesma fase cristalina e seus parâmetros de rede similares. Um exemplo prático é o da interface SnO2/TiO2, em que ambos sistemas tetragonais estão na fase rutilo e tem parâmetros de rede muito similares. Por outro lado, a simulação de interfaces de sistemas com diferentes fases cristalinas e até mesmo parâmetros estruturais que diferem em mais de 10% requerem um estudo computacional mais sistemático. O acoplamento das diferentes fases cristalinas traz uma instabilidade numérica e consequentemente uma série de problemas de convergência. Como exemplo, a simulação de um sistema semicondutor/semicondutor pode muitas vezes apresentar um caráter metálico, contrariando resultados experimentais. Um exemplo de interface de diferentes fases cristalinas é a interface do TiO2 na fase rutilo com o ZnO hexagonal. A interface do óxido de cério, CeO2, com o sulfeto de zinco, ZnS, é outro exemplo de interfaces heterogêneas, o qual é um dos sistemas atualmente estudado por nosso grupo de pesquisa. (AU)