Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/34185
Type: Dissertação
Title: Estudo de isolantes topológicos derivados da jacutingaita
Other Titles: Study of topological insulators derived of jacutingaite
Authors: Bruno Cucco
First Advisor: Simone Silva Alexandre
First Co-advisor: Raphael Longuinhos Monteiro Lobato
First Referee: Edmar Avellar Soares
Second Referee: Walber Hugo de Brito
Abstract: Neste trabalho foram investigadas as propriedades eletrônicas e topológicas do mineral Pt2HgSe3, conhecido como Jacutingaita, e também de materiais derivados deste como Ir2HgSe3, Co2HgSe3, Ni2HgSe3 entre outros com concentrações menores de Ir, Co e Ni. O estudo foi realizado no âmbito da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) com o objetivo de determinar as propriedades do estado fundamental dos materiais propostos. A Jacutingaita possui uma superfície de Fermi extremamente rica, por este motivo foram realizadas dopagens eletrônicas com elétrons e buracos por célula unitária afim de variar o nível de Fermi e verificar a ocorrência de uma possível instabilidade no sistema 3D. Os resultados obtidos mostram que estas dopagens afetam o gap nos pontos de alta simetria K e H quando comparados com a Jacutingaita em sua forma natural. Em especial para as dopagens negativas (com elétrons), observa-se uma diminuição de até três vezes no gap do ponto H. No caso das dopagens positivas(com buracos), observa-se um aumento dos pockets de elétrons no nível de Fermi. Além disso, a dopagem +0.01 não apresentou inversão de bandas, indicando que este perdeu sua característica topológica devido a retirada de cargas do sistema. Foram também realizadas substituições atômicas das duas espécies de platina por outros metais como níquel, irídio e cobalto. As propriedades eletrônicas, estruturais e topológicas desses sistemas foram investigadas. Além disso, para os materiais mais promissores foi gerada uma hamiltoniana tight-binding baseada em funções de Wannier maximamente localizadas onde as respectivas estruturas de banda das bordas, invariantes Z2 e funções espectrais foram obtidas. Os resultados mostram uma destruição da fase topológica devido ao magnetismo para as substituições de níquel em certos sítios de platina, não obstante para o material não-magnético observa-se o surgimento de canais nas borda de origem não topológica. Constatamos que o material proposto Ir2HgSe3 perde sua característica topológica devido as substituições de platina por irídio. Porém, através de um estudo das simetrias da zona de Brillouin deste material mostra-se que este pode ter sua fase topológica restaurada através do stress físico da estrutura. As respectivas estruturas de banda, densidade de estados, invariante Z2 e funções espectrais também foram obtidas.
Abstract: In this work we have investigated the electronic and topological properties of the mineral Pt2HgSe3, known as Jacutingaite, and also of materials derived from this one, such as Ir2HgSe3, Co2HgSe3, Ni2HgSe3, among others with less concentration of the atoms Ir, Co and Ni. This work was realized within the Density Functional Theory(DFT) framework with the objective of determine the properties of the fundamental state of these materials. The Jacutingaite has a very complex Fermi surface, which led us to realize electronic and hole dopping with the objective of vary the Fermi level and possibly induce electronic instabilities throught the nesting fenomena. Our results shows that these dopping directly affects the gap opening on the high symmetry points of the Brillouin zone K and H, when compared to the pristine form of Jacutingaite. In special, for the electron dopping we have observed a decrease of up to three times on the H gap, and in the case of hole dopping we have observed a increase on the electron pockets at the Fermi level. Furthermore for a specific value of dopping we have not observed the occurency of band inversion, which show us that the system has lost its topological phase due to the removal of charge. We have also performed atomic substituition of both species of platina for nickel, iridium and cobalt. The electronic, structural and topological properties of these systems were investigated and for the promissing materials a maximum localized Wannier functions tight-binding hamiltonian were generated, from which we have obtained the electronic structure of the edges, the topological invariante Z2 and also spectral functions. Our results shows that the topological phase disappear due to the induced magnetism in the system after substituition of a specific specie of platina for nickel. Furthermore we have also observed that a substitution of the other specie of platina for nickel lead to a distinct phase which presents non-topological conducting edge channels. We found that the proposed material Ir2HgSe3 loses its topological phase due to the substitution of platina for iridium, which led to a hexagonal symmetry break of the Brillouin zone. However we have shown that the topological phase can be restored throught physical stress of the structure. The respectives band structures, density of states, Z2 invariante and spectral functions were also obtained.
Subject: Estrutura eletrônica
Teoria do funcional da densidade
Matéria condensada
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/34185
Issue Date: 21-Aug-2020
metadata.dc.description.embargo: 21-Aug-2021
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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