Brasil

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
Estudos de primeiros princípios do LaAlO3 e do SrTiO3: Superfícies e Interface
ALEXANDRE RAMALHO SILVA
TESE
05/02/2015

Em 2004, foi descoberto que a interface formada entre as superfícies (001) do SrTiO3 e LaAlO3 apresenta um gás de elétrons bidimensional (2DEG), apesar de o bulk desses materiais ser isolante. Em 2011, foi reportado um 2DEG similar na superfície (001) do SrTiO3. Apesar de haver muitos trabalhos acerca desse assunto, não há um consenso sobre a origem do 2DEG nesses sistemas. Incluída nesse contexto, esta tese reporta os resultados de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) da superfície (001) dos filmes finos de SrTiO3 e LaAlO3 e da interface (001) formada entre esses dois óxidos. Filmes finos de LaAlO3 e SrTiO3 tendem a ter vacâncias com menores energias de formação da superfície, e quando com vacâncias apresentaram comportamento condutor. Filmes finos de SrTiO3 sem defeitos demonstraram comportamento isolante. A vacância de oxigênio na superfície com terminação TiO2 é a menos custosa energeticamente, e nesse caso é detectado um 2DEG da superfície do SrTiO3. O mesmo ocorre em filmes finos de LaAlO3, com vacâncias de oxigênio e terminação AlO2 e vacâncias de La e terminação LaO, podendo haver formação espontânea nesses casos. Em ambos os casos, as simulações sugerem que é formado um 2DEG na superfície. As simulações da interface mostraram que para a hete- roestrutura sem defeitos é necessária a deposição de quatro ou mais camadas de LaAlO3 sobre o substrato de SrTiO3 para que ocorra o comportamento metálico. Vacâncias de oxigênio se formam preferencialmente na interface quando a espessura do LaAlO3 é de três camadas ou menos. Para quatro ou mais camadas de LaAlO3, as vacâncias de oxigênio tendem a se localizar na superfície. Para todas as simulações da interface com defeitos, as heteroestruturas apresentaram comportamento metálico, porém não foi detectado um 2DEG na interface, já que as cargas não se apresentaram confinadas na região da interface. Vacâncias justificam o 2DEG na superfície (001) de filmes finos de LaAlO3 e SrTiO3, porém não explicam o 2DEG na interface entre os mesmos.

SrTiO3, LaAlO3, superfície, interface, gás de elétrons bidimensional, vacâncias
In 2004 it was discovered that the interface between the (001) SrTiO3 and LaAlO3 surfaces presents a two dimensional electron gas (2DEG), although the bulk of these materials are insulators. In 2011 it was reported a similar 2DEG at (001) SrTiO3 surface. Despite many studies on this subject, there is no consensus about the origin of the 2DEG in these systems. Included in this context, this thesis reports results of first principles calculations based on Density Functional Theory (DFT) about (001) SrTiO3 and LaAlO3 thin films surfaces and the (001) interface formed between these two oxides. For LaAlO3 and SrTiO3 thin films, vacancies tend to have lower formation energies at the surface. Non-defective SrTiO3 thin films have demonstrated an insulator behavior. The oxygen vacancy at the TiO2 terminated surface is the most stable and in this case is observed a 2DEG at the SrTiO3 surface. The same occurs for LaAlO3 thin films with oxygen vacancies and for the AlO2 termination and with La vacancies with LaO termination. These vacancies may be formed spontaneously. In both cases, the simulations suggest a 2DEG at the surface. The interface simulations showed that in the non-defective heterostructure it is necessary the deposition of four or more layers of LaAlO3 over SrTiO3 substrate to occur a metallic behavior. Oxygen 4 vacancies are preferably formed at the interface when the LaAlO3 thickness is three layers or less. For four LaAlO3 layers or more, the oxygen vacancies tend to be located at the surface. For all simulations of the defective interface, the heterostructures showed metallic behavior. However it was not detected a 2DEG at the interface, owing the fact that the charges are not confined at the interface region. Vacancies can justify the 2DEG at the SrTiO3 and LaAlO3 thin films surfaces, however does not explain the 2DEG at the interface between them.
SrTiO3, LaAlO3, surface, interface, two dimensional electron gas, vacancies.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
SIMULAÇÃO E MODELAGEM
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Banca Examinadora

GUSTAVO MARTINI DALPIAN
Sim
Nome Categoria
JEVERSON TEODORO ARANTES JUNIOR Docente
FLAVIO LEANDRO DE SOUZA Docente
HELINANDO PEQUENO DE OLIVEIRA Participante Externo
NEEMIAS ALVES DE LIMA Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Bolsa de Doutorado no País GD 12
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Pró-Engenharias 27

Vínculo

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Não