Propriedades estruturais e eletrônicas de filmes finos de β-PbO2

Abstract

O chumbo, em função de sua alta resistividade é mau condutor de eletricidade, sendo classificado como um metal semicondutor. Já os seus óxidos são muito utilizados na confecção de baterias automotivas, pelo seu comportamento condutor. Dos vários óxidos de chumbo que existem, o dióxido de chumbo (PbO2) é um dos que mais se destacam devido a suas aplicações. O β-PbO2 é um semicondutor com band gap estreito, que recebeu uma grande atenção ultimamente devido à sua potencial utilização como óxidos condutores transparentes (TCO). Os TCO são compostos que combinam as propriedades normalmente mutuamente excludentes da transparência e da condutividade. O desempenho óptico e elétrico dos TCO está intimamente ligado à estrutura de bandas e, desta forma, a distribuição periódica de potencial em um cristal. Neste trabalho procura-se compreender os fundamentos das propriedades elétricas macroscópicas do material β-PbO2 na forma de filmes finos. Para tanto, adotou-se abordagem da mecânica quântica baseada na Teoria do Funcional Densidade (DFT), com potencial híbrido B3LYP, implementada no código CRYSTAL09. Cálculos de estrutura de bandas e densidade de estados mostram que o band gap de filmes de β-PbO2 tendem para o gap do material na forma de bulk e cálculos de energia de superfície permitem concluir que sua face mais estável é a (110).

Lead, due to its high resistivity, is a poor conductor of electricity and is classified as a semiconductor. On the other hand their oxides are widely used in the manufacture of automotive batteries, because of its conductivity. β-PbO2 is a narrow band gap semiconductor which received great attention lately due to their potential use as a transparent conducting oxide (TCO). The TCO are compounds which combine transparency and conductivity, properties that normally do not coexist. The optical and electrical performance of the TCO are intimately connected to the band structure and thus the potential distribution in a periodic crystal. This work, seeks to contribute for understanding the fundamentals of macroscopic electrical properties of β-PbO2 material in the form of thin films. Therefore, it was adopted the quantum mechanics approach based on Density Functional Theory (DFT), with B3LYP hybrid potential, implemented in the CRYSTAL09 code. Band structure and density of states calculation show that the band gap of β-PbO2 films tend to the bulk band gapsurface energy calculations permit conclude that its most stable face is the (110).