ESTRUTURA ELETRÔNICA E PROPRIEDADES

ILHA SOLTEIRA
XII Congresso Nacional de Estudantes de Engenharia Mecânica - 22 a 26 de agosto de 2005 - Ilha Solteira - SP
Paper CRE05-CM07
ESTRUTURA ELETRÔNICA E PROPRIEDADES MAGNÉTICAS LOCAIS DE NITRETOS
Leandro Benedetti a, João Carlos Krause b, Antonio Vanderlei dos Santos b
a
URI, Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões,
Departamento de Engenharias e Ciência da Computação, b Departamento de Ciência Exatas e da Terra.
Av. Universidade das Missões, n0 464, Bairro Universitário, CEP 98.802-470, Santo Ângelo, RS.
a
E-mail para correspondência: [email protected]
Introdução
No atual estado da arte em ciência dos materiais, desenvolveu-se um grande interesse por novos nitretos
e suas propriedades magnéticas, o que tem estimulado pesquisas por novos materiais, principalmente em
cálculos de estrutura eletrônica, com os quais pode-se desvendar e até prever o comportamento de inúmeras
propriedades relevantes no campo da ciência e engenharia dos materiais, transformando-se assim em uma
importante ferramenta na projeção de novos materiais magnéticos, de grande interesse tecnológico.
Neste trabalho apresentaremos estudos referentes ao nitreto de vanádio e ao nitreto de cromo, visto que
há carência de dados quanto a suas propriedades. Os cálculos de estrutura eletrônica foram realizados com o
método variacional discreto – DVM, o qual fornecerá valores teóricos para campos hiperfinos, momentos
magnéticos locais e desvio isomérico, os quais demonstram grande semelhança com resultados
experimentais, assim permitindo esclarecer parcialmente o comportamento das ligas em estudo.
Objetivo
Este trabalho tem como intuito contribuir para crescimento dos conhecimentos cientifico em relação a
novos materiais, que possuem propriedades de grande potencial de socialização no campo da engenharia e
ciências dos materiais.
Metodologia
Durante o desenvolvimento do trabalho foram usados instrumentos de pesquisa já disponíveis nos
laboratórios da URI campus Santo Ângelo, nisto inclui-se computadores, compilador FORTRAN e o próprio
programa DVM utilizado para os cálculos.
O primeiro passo para o desenvolvimento dos trabalhos, foi à construção dos aglomerados moleculares
definindo o número de camadas de vizinhos em torno do átomo central, é valido salientar que a medida em
que é aumentado o número de vizinhos aumenta o tempo de maquina, aumentando a morosidade dos
cálculos.
Projetados os aglomerados, prosseguimos na montagem dos arquivos de entrada do programa, onde se
deve definir a posição de cada átomo dentro da estrutura cristalina (ccc, cfc, etc) do aglomerado e das
referidas distribuições eletrônicas para cada átomo (bases). Os cálculos como um todo, incluíram duas etapas
onde podemos salientar primeiramente o cálculo molecular e posteriormente o cálculo atômico para obtenção
das contribuições de caroço para o campo hiperfino. Do cálculo molecular obtemos o momento magnético,
desvio isomérico e densidades parciais de estados do átomo central de cada aglomerado. Esta sistemática foi
utilizada para diferentes aglomerados dependendo de qual átomo pretendia-se obter informações, sendo que
este deve se encontrar no centro do aglomerado.
Resultados
A pesquisa por nitretos de metais de transição tem um numero de propriedades interessantes que faz
com que seu interesse tecnológico aumente, desta forma os estudos teóricos a cerca de suas propriedades
gerais tem aumentado significativamente nos últimos tempos. Nitretos de Cr e V tem sido amplamente
estudados por vários métodos teóricos, assim desvendando vários aspectos relacionados a suas propriedades
magnéticas.
Neste contexto, o trabalho realizado investiga a estrutura eletrônica e as propriedades magnéticas de
nitretos de Cromo e Vanádio na estrutura cfc tipo perosvkita. Para tal estudo utilizamos o método variacional
discreto de primeiros princípios na aproximação de carga auto-consistente (DVM-SCC), que foi usado para
investigar a estrutura eletrônica e as propriedades magnéticas locais dos nitretos 4VN e 4CrN. Utilizamos
ο
ο
para o parâmetro de rede o valor de 3.8151 Α para o 4CrN e 4.1226 Α para o 4VN, estes valores foram
obtidos através de cálculos da energia mínima fornecidos pelos LMTO (Método Linear de Orbitais MuffinTin).
Os valores obtidos para o sitio do córner (CrI), da face centrada (CrII) e para o sitio do nitrogênio (N)
do 4CrN podem ser observados na tabela 1 abaixo. Na mesma tabela pode-se observar os resultados obtidos
dos nossos cálculos para o 4VN para o sitio do córner (VI), face centrada (VII) e para o sitio do nitrogênio
(N).
μ (μ B ) , contribuição dos elétrons de condução para o
Q(e ) e o campo hiperfino de contato H C (kG ) .
Tabela 01 - Valores calculados par o momento magnético
momento
Sitio
4CrN
4VN
μC (μ B ) , ionização
μ(μB )
Q (e
)
μC
H CCore
H CMol
H CTotal
Cri
0,36
-0,12
0,17
-19,80
39,70
19,90
Crii
0,60
0,21
0,01
-59,10
8,80
-50,30
N
0,02
-0,23
0,03
0,00
-35,40
-35,40
Vi
0,79
0,27
0,11
-79,50
198,60
119,10
Vii
-0,04
0,37
0,01
4,90
28,60
33,50
N
-0,12
-0,34
-0,12
-0,0001
23,10
23,10
Conclusão
Os resultados de cálculos apresentados pelo DVM mostraram, que tanto o vanádio quanto o cromo
sofrem grande influencia em seus momentos magnéticos e transferências de carga quando introduzido
nitrogênio em sua célula unitária das ligas Cr-N V-N. Embora os cálculos também demonstram que a
configuração do aglomerado proporciona valiosas informações quanto aos valores μ , Q , μ C e H CTotal .
Dessa forma, se espera que os resultados alcançados até o momento, sejam de vital importância no
entendimento teórico dos materiais, para num futuro próximo sintetizarmos novos materiais baseados em
cálculos teóricos como os realizados pelo DVM.
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