Estudio de la estructura, termodinámica y propiedades magnéticas de nanoestructuras de etales de transición y sus aleaciones. - Sondón, Tristana
El objetivo de este trabajo es el estudio de las propiedades de nanoestructuras de los metales de transición Ni, Co, Rh, Os, Ir y Pt, y algunas de sus aleaciones binarias. El trabajo queda naturalmente dividido en dos grandes partes, según los sistemas estudiados, ya que estos determinan a su vez el tipo de métodos que se utilizan en los cálculos. En la primera parte se estudian agregados atómicos de Ni y Rh de 55 átomos en todo el rango de composiciones. Se analiza la combinación de los efectos de tamaño y de aleación sobre las propiedades de segregación y magnéticas, así como en la determinación de las estructuras de menor energía y sus isómeros cercanos. Para este estudio se utilizaron simulaciones de dinámica molecular con las fuerzas que se obtienen de un potencial semi-empírico derivado del segundo momento de la densidad de estados al modelo de Tight-Binding. Encontramos que tanto la geometría como el tamaño de los clusters tiene un efecto muy grande sobre la segregación de los átomos de Rh, y obtenemos en todos los casos estructuras icosaédricas. Hemos encontrado que el balance entre los efectos de las diferencias de energías de superficie y de tamaños atómicos dividen en tres regiones el comportamiento de segregación en función de la composición: una región de bajo contenido de Rh donde éstos átomos se ubican en la superficie, una zona central donde obtenemos un ``orden efectivo' y una zona de alta composición de Rh, donde siempre permanece un Ni en la posición central debido a las tensiones mecánicas presentes en este tipo de clusters. El estudio de las propiedades magnéticas se realiza con un Hamiltoniano de Tight-Binding que incluye interacciones electrón-electrón, y que se resuelve autoconsistentemente. Para los clusters puros de Ni icosaédricos y cuboctaédricos, encontramos que la reducción de tamaño tiene como efecto aumentar los momentos magnéticos del Ni, mientras que para los clusters de Rh puro, produce un pequeño momento magnético para el cluster cuboctaédrico, pero un momento nulo para el cluster icosaédrico. Cuando introducimos una impureza de Rh en un cluster de Ni, su contribución al magnetismo del cluster, que difiere según sea su ubicación en el mismo, contribuye siempre a aumentar el momento magnético total. Comparados con nuestros cálculos de bulk, el Rh puede llegar a doblar su momento magnético como impureza en un cluster. Para bajas concentraciones de Rh, existe un aumento del momento magnético debido principalmente a efectos de superficie. En la zona central de concentraciones, los momentos magnéticos resultantes son una combinación de efectos de superficie y de hibridización entre los orbitales de Ni y Rh, y mostramos que estos momentos están directamente relacionados con la coordinación relativa Rh-Rh, para el conjunto de isómeros de menor energía. Encontramos que la concentración crítica a partir de la cual el orden magnético se pierde se ve extendida desde 25%at.Rh para la aleación en bulk, a casi 76%at. Rh en los clusters. En la segunda parte del trabajo se estudian hilos puros y de aleaciones de Ni-Rh y Co-Rh con un método ab-initio basado en la teoría de la funcional de la densidad. Los resultados muestran que el magnetismo en los hilos mixtos se ve incrementado de forma importante con la presencia del Rh, para bajas composiciones. Esto refuerza los resultados obtenidos para los clusters, ya que obtenemos las mismas tendencias. Luego se estudiaron cadenas lineales de Pt, Ir y Os, y sus aleaciones, describiendo en detalle el efecto del acoplamiento espín-órbita sobre las propiedades magnéticas. Se logró explicar la aparición de magnetismo mediante el criterio de Stoner para todos los hilos puros, obteniendo resultados que concuerdan con otras publicaciones. Los hilos bimetálicos presentan momentos magnéticos grandes para los hilos que contienen Os, incluso cuando tanto las cadenas lineales de Ir puro y de Pt puro no presentan magnetismo cuando se incluyen los efectos relativistas. También es notable el resultado que encontramos para los hilos mixtos de PtIr ya que la aleación presenta momentos magnéticos importantes. Todos los hilos mixtos presentan energías de anisotropía magnética mucho mayores que para los hilos puros, siendo para los hilos que contienen Os favorable la dirección de la magnetización en la dirección perpendicular al hilo, mientras que el resto de los hilos tienen una configuración de menor energía con la magnetización paralela a la dirección del hilo.