Título
Estudio teórico-experimental sobre propiedades estructurales, ferroeléctricas y ópticas del BiFeO3 mediante impurificaciones con metales de transición
Theoretical-experimental study on structural, ferroelectric and optical properties of BiFeO3 through impurities with transition metals
Autor
ESPIRIDION MARTINEZ AGUILAR
Colaborador
Jesús María Siqueiros Beltrones (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
ferroeléctricos, películas delgadas, BiFeO3, DFT, ferro-fotovoltaicos - (AUTOR) ferroelectrics, thin films, BiFeO3, DFT, ferro-photovoltaics - (AUTOR) CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA - (CTI) FÍSICA - (CTI) FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO - (CTI) FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO. LÁMINA DELGADA - (CTI) FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO. LÁMINA DELGADA - (CTI)
Resumen o descripción
Con la entrada de los materiales no centrosimétricos al campo de los fotovoltaicos, los ferroeléctricos se han considerado como una clase especial de materiales capaces de convertir la radiación electromagnética proveniente del sol en energía eléctrica. A diferencia de lo que sucede en las tecnologías basadas en semiconductores, donde se requiere una unión p-n para producir el campo eléctrico para separar las cargas fotogeneradas, en un material no centrosimétrico y particularmente un ferroeléctrico, no es necesaria y su polarización espontánea provee el campo para la separación. Si la intención es utilizar estos materiales para aprovechar la energía solar, tal ventaja solo se ve afectada por su ancho de banda prohibida (gap), típicamente mayor a los 3 eV que caracterizan a un ferroeléctrico, ya que el espectro solar está centrado en 1.4 eV, aproximadamente. Entre la inmensa cantidad de materiales ferroeléctricos existentes, el BiFeO3 se destaca por presentar una brecha de energía de aproximadamente 2.7 eV; esta característica lo convierte en un candidato prometedor para realizar ajustes que reduzcan el gap mediante la ingeniería del ordenamiento catiónico, es decir mediante substituciones selectivas, ya sea del catión A o catión B de la estructura perovskita. A lo largo de este trabajo, apoyado con resultados experimentales y teóricos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT por sus siglas en inglés), se desarrolla la ingeniería de ordenamiento catiónico para la cual se ha substituido el sitio A de la estructura ABX3 del BiFeO3 con el 10 % de La y, de manera independiente, se realiza la substitución del sitio B de la misma estructura con 10 % de Cr, Ni y Co. Teóricamente se determinaron las propiedades ferroeléctricas, ópticas y electrónicas de cada compuesto, describiendo con ellas la influencia de la impurificación sobre las propiedades del BFO. Experimentalmente se diseñaron películas mono capa y multicapa, cuyos resultados apoyan la posibilidad de reducir el gap vía simples impurificaciones. Para su caracterización, se midieron ciclos de histéresis, propiedades ópticas y curvas J-V que describen el comportamiento ferro-fotovoltaico y brindan además la posibilidad de implementar a los sistemas como dispositivos sensores al espectro UV.
With the entrance of non-centrosymmetric materials into the field of photovoltaics, ferroelectrics have been considered as a particular class of materials capable of converting electromagnetic radiation from the sun into electrical energy. Unlike what happens in semiconductor-based technologies, where a p-n junction is required to produce the electric field to separate the photogenerated charges, in a non-centrosymmetric material and particularly a ferroelectric, it is not necessary and its spontaneous polarization provides the field for separation. If the intention is to use these materials to take advantage of solar energy, this advantage is only affected by its bandgap (gap), typically higher than the 3 eV that characterizes a ferroelectric, since the solar spectrum is centered at 1.4 eV, approximately. Among the immense amount of existing ferroelectric materials, BiFeO3 stands out for presenting a gap of approximately 2.7 eV; this characteristic makes it a promising candidate for adjustments to reduce the gap by means of the engineering of cationic ordering, that is by means of selective substitutions, either of cation A or cation B of the perovskite structure. Throughout this work, supported by experimental and theoretical results based on the density functional theory (DFT), cationic ordering engineering is developed for which site A of the structure ABX3 of BiFeO3 is substituted with 10% of La and, independently, site B of the same structure is substituted with 10% of Cr, Ni and Co. The ferroelectric, optical and electronic properties of each compound were theoretically determined, describing with them the influence of doping on the properties of BFO. Experimentally, monolayer and multilayer films were designed, whose results support the possibility of reducing the gap via simple ion substitution. For its characterization, hysteresis cycles, optical properties and J-V curves that describe the ferro-photovoltaic behavior and provide the option of implementing the systems as UV sensor devices were measured.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2019
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Martínez-Aguilar, E. 2019. Estudio teórico-experimental sobre propiedades estructurales, ferroeléctricas y ópticas del BiFeO3 mediante impurificaciones con metales de transición. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 121 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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