Thermoelectric properties of M2AgAlBr6 double perovskites / molecular dynamics study of transition metal dichalcogenides using machine learning force fields

Abstract

O primeiro capítulo desta tese é destinado ao estudo das propriedades estruturais, eletrônicas e termoelétricas dos compostos K$_2$AgAlBr$_6$, Rb$_2$AgAlBr$_6$ e Cs$_2$AgAlBr$_6$, pertencentes à classe das perovskitas duplas, utilizando técnicas de primeiros princípios. O objetivo principal deste trabalho é o de determinar a estrutura eletrônica dos compostos K$_2$AgAlBr$_6$, Rb$_2$AgAlBr$_6$ e Cs$_2$AgAlBr$_6$ de modo a obtermos as propriedades termoelétricas desses semicondutores (coeficiente de Seebeck, condutividades térmica e elétrica, fator de potência térmico e figura de mérito). O estudo destes compostos baseado na figura de mérito sugerem que esses materiais possuem potencial para aplicações em dispositivos termoelétricos.

O segundo capítulo desta tese é destinado ao estudo de dinâmica molecular feito sobre as monocamadas dos dicalcogenetos de metais de transição (TMD) MoS$_2$ e MoSe$_2$ empregando potenciais de interação com precisão semelhante a \textit{ab initio}. Aqui explicamos como usamos o método de pseudopotenciais de ondas planas para criar um banco de dados dos mencionados materiais com base na Teoria do Funcional da Densidade. Esse banco de dados foi utilizado para treinar uma rede neural artificial (ANN) e com o objetivo de desenvolver os potenciais interatômicos. Os resultados revelaram que os potenciais conseguem reproduzir com precisão razoável as curvas de dispersão de fônons, tanto em comparação com dados experimentais quanto com resultados teóricos obtidos por métodos de primeiros princípios. Notavelmente, os potenciais demonstraram uma precisão superior quando comparados aos potenciais semi-empíricos disponíveis na literatura. Além disso, utilizando esses potenciais em simulações de dinâmica molecular, calculamos o espectro dielétrico na faixa de 100 cm$^{-1}$ a 500 cm$^{-1}$. Ao comparar esses resultados com dados experimentais, observamos uma atividade infravermelha (IR) semelhante nos modos E$'$ e A$''_2$, em concordância com as observações experimentais. A habilidade de realizar simulações com milhares de átomos permitiu que nosso sistema pudesse acomodar flutuações espontâneas na altura e ondas propagando-se no material. Como resultado delas, nossas simulações sugerem a existência de atividade IR nos modos E$'$ e A$''_2$, com polarizações invertidas, assim como a presença de atividade IR em frequências próximas a E$''$ e A$'_1$, que são geralmente considerados inativos no infravermelho.