Propiedades físicas de la adsorción de Bi sobre la superficie (001)-MgO mediante DFT.

Abstract

En este trabajo se ha estudiado en detalle la estabilidad de la interface Bi/(001)-MgO(FCC) y de los materiales Mg, Bi, MgO y Mg1−xBixO (0 ≤ x 1) en volumen y en diferentes grupos de espacio; adicionalmente se investigan las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas. La investigación se realiza teóricamente en el marco de la Teoría de la Funcional de la Densidad (DFT: Density Functional Theory). Las configuraciones usadas son hexagonal (que es la configuración del estado base del Mg), romboédrica (configuración del estado base del Bi), sal roca o NaCl (configuación del estado base de MgO) y en otros grupos de espacio con el objetivo de hallar otras posibles fases estables o a lo menos metaestables y transiciones de fases. Este estudio se realiza mediante el análisis de las curvas de energía total en función del volumen de la celda unitaria. Se complementa el estudio estructural con el cálculo de las propiedades electrónicas en el estado base y cuando haya transición de fase, se realiza el estudio antes y después de la transición. Para cada una de las fases estructurales y para cada uno de estos cuatro compuestos se determinan las constantes de red a, la relación de los parámetros c, a, el volumen de equilibrio V , el módulo de volumen B0, su derivada respecto a la presión B′ y la energía de cohesión E0. Además de la densidad de estados en el equilibrio. Finalmente, se obtiene el sitio de adsorción más estable y la barrera de difusión para los adsorbatos atómicos del Bi sobre (001)-MgO(FCC) en una celda bidimensional de geometría 4×4. Tanto para la superficie limpia como para el sistema Bi/(001)-MgO(FCC) se utilizaron superceldas en combinación con el modelo de slabs o de terrazas.

Abstract. The stability of the Bi/(001)-MgO(FCC) interface and the materials Mg, Bi, MgO y Mg1-xBixO (0 ≤ x 1) was studied in detail in volume and in different space groups. The structural, electronic, and magnetic properties were also investigated. The research was conducted theoretically within the framework of density functional theory (DFT). The configurations used were hexagonal (which is the base configuration state of Mg), rhombohedral (which is the base configuration state of Bi), rock salt or NaCl (which is the base configuration state of MgO), and in other space groups, with the aim of discovering other possible stable or at least metastable phases and phase transitions This study was done by analyzing curves of the total energy as a function of the volume of the unit cell. It is a complement to the structural study with the calculation of electronic properties in the ground state and when there is a phase transition. The study was carried out before and after the transition. For each of the structural phases and for each of these four compounds, the lattice constants a, the relation of the parameters c a , the equilibrium volume V , the volume module B0, its pressure derivative with respect to wing B ′ , and the cohesive energy E0 were determined, in addition to the density of states at equilibrium. Finally, the most stable place of adsor- ption and the diffusion barrier for the atomic adsorbates of bi on (001)-MgO(FCC) in a dimensional cell with 4 x 4 geometry were determined. For the clean surface as well as the Bi/(001)-MgO(FCC) system, we used supercells in combination with the model of slabs or terraces.