Estrutura eletrônica de Perovskitas para aplicações termoelétricas

Acrescente demanda por materiais energeticamente eficientes e ambiental mente mais sustentáveis tem motivado a busca por alternativas livres de chumbo para aplicações em conversão e gerenciamento de energia. Neste trabalho, são investigadas, por meio de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), as propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas de perovskitas duplas do tipo Sr2XMoO6 (X = Ni, Fe, Co), com foco em seu potencial para aplicações termoelétricas e fotovoltaicas. As estruturas cúbicas e tetragonais foram obtidas a partir da literatura e analisadas quanto à estabilidade dinâmica, à organização cristalina e à influência da simetria sobre as propriedades físicas relevantes. A partir da densidade de estados eletrônica e de isosuperfícies de densidade, mostra-se que os orbitais d dos metais de transição e do molibdênio dominam a região em torno do nível de Fermi, com forte hibridização com os orbitais de oxigênio. As análises indicam a presença de polarização de spin, especialmente nas estruturas contendo Ni e Fe, sugerindo possíveis aplicações em sistemas magnetorresistivos e em dispositivos espintrônicos. Entre as composições estudadas, o composto Sr2NiMoO6 se destaca por apresentar caráter semicondutor em ambas as fases, motivado pela abertura de gap na região próxima ao nível de Fermi e por um comportamento óptico sensível à simetria cristalográfica. A comparação entre as fases cúbica e tetragonal revela resposta isotrópica na primeira e anisotrópica na segunda, evidenciando que a simetria da rede controla de forma decisiva o perfil de absorção óptica. Esses resultados fornecem uma base teórica para a seleção e o ajuste racional de perovskitas duplas Sr2XMoO6 em dispositivos de conversão de energia, em particular em contextos onde propriedades eletrônicas, magnéticas e ópticas acopladas são desejáveis.

Resumo (inglês)

The growing demand for energy-efficient and environmentally more sustainable materials has motivated the search for lead-free alternatives for energy conversion and management applications. In this work, we investigate, by means of first-principles calculations based on Density Functional Theory (DFT), the structural, electronic, and optical properties of double perovskites of the type Sr2XMoO6 (X = Ni,Fe,Co), focusing on their potential for thermoelectric and photovoltaic applications. Cubic and tetragonal structures were obtained from the literature and analyzed in terms of their dynamic stability, crystalline arrangement, and the influence of symmetry on the relevant physical properties. From the analysis of the electronic density of states and electronic density isosurfaces, it is shown that the d orbitals of the transition metals and molybdenum dominate the region around the Fermi level, with strong hybridization with the oxygen orbitals. The results indicate the presence of spin polarization, especially in the structures containing Ni and Fe, suggesting possible applications in magnetoresistive and spintronic systems. Among the compositions studied, the compound Sr2NiMoO6 stands out for exhibiting semiconducting character in both phases, driven by the opening of a band gap in the vicinity of the Fermi level and by an optical response that is sensitive to the crystallographic symmetry. The comparison between the cubic and tetragonal phases reveals an isotropic response in the former and an anisotropic one in the latter, showing that the lattice symmetry decisively controls the optical absorption profile. These results provide a theoretical basis for the selection and rational tuning of double perovskites Sr2XMoO6 in energy-conversion devices, particularly in contexts where coupled electronic, magnetic, and optical properties are desirable.

Palavras-chave

Perovskitas duplas, Sr2XMoO6, Teoria do Funcional da Densidade, Propriedades eletrônicas, Propriedades ópticas, Termoeletricidade, Double perovskites, Sr2XMoO6, Density Functional Theory, Electronic properties, Optical properties, Thermoelectricity

Idioma

Português

Citação

PARENTE JÚNIOR, Marcelo Luís. Estrutura eletrônica de Perovskitas para aplicações termoelétricas. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Física de Materiais) — Faculdade de Ciências, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Bauru, 2025.