Orientador: Massao Ionashiro / Banca: João Olimpio Tognolli / Banca: Salvador Claro Neto / Resumo: Carbonatos de Mn(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) e Zn(II) foram preparados por adição lenta da solução saturada de hidrogeno carbonato de sódio com gotejamento contínuo às soluções dos respectivos cloretos metálicos, exceto para o cobre, até a total precipitação do íon metálico. Os precipitados foram lavados com água destilada para eliminar os íons cloretos e teste qualitativo com solução de AgNO3/HNO3 foi realizado para confirmar a ausência destes, e após isso, foi mantida em suspensão. Os compostos no estado sólido foram preparados pela mistura dos respectivos carbonatos metálicos com o ácido 2-metoxibenzóico (2-MeO-HBz). A suspensão aquosa foi aquecida lentamente próximo da ebulição até neutralização total dos carbonatos. As soluções resultantes depois de arrefecidas foram mantidas em banho de gelo para recristalizar o ácido em excesso e filtradas. Assim, as soluções aquosas dos metoxibenzoatos metálicos foram concentradas em banho maria e o precipitado seco resultante deste processo colocado em um dessecador contendo cloreto de cálcio. O composto de cobre devido a sua baixa solubilidade foi preparado pela adição lenta com gotejamento contínuo de solução do 2-metoxibenzoato de sódio 0.1 mol L-1 à solução de sulfato de cobre, até a total precipitação do íon cobre e o precipitado lavado com água destilada para eliminação do íon sulfato e teste qualitativo de confirmação realizado com BaCl2 0.1 mol L-1, em seguida filtrada em papel de filtro Whatman 40 e o precipitado após seco foi colocado em dessecador contendo cloreto de cálcio. Os compostos sintetizados foram investigados por meio de espectroscopia de infravermelho, difratometria de raio X pelo método do pó, termogravimetria e análise térmica diferencial simultânea (TG-DTA), termogravimetria, termogravimetria derivada (TG/DTG), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e outros métodos de análise. / Abstract: Carbonates of Mn (II), Co (II), Ni (II), Cu (II) and Zn (II) were prepared by adding slowly with continuous stirring saturated sodium hydrogen carbonate solution to the corresponding metal chloride solutions (except copper), until total precipitation of the metal ions. The precipitates were washed with distilled water until elimination of chloride ions (qualitative test with AgNO3/HNO3 solution) and maintained in aqueous suspension. olid state Mn (II), Co (II), Ni (II) and Zn (II) compounds were prepared by mixing the respective metal carbonates with 2-methoxybenzoic acid 99% (2-MeO-HBz) obtained from Aldrich, in slight excess. The aqueous suspension was heated slowly up to near ebullition, until total neutralization of the respective carbonates. The resulting solutions after cooled were maintained in an ice bath to recrystallize the acid in excess and filtered through a Whatman nº 40 filter paper. Thus, the aqueous solutions of the respective metal 2-methoxybenzoates were evaporated in a water bath until near dryness and kept in a desiccator over calcium chloride. The copper compound due to its low solubility was prepared by adding slowly, with continuous stirring, the aqueous solution of Na-2-MeO-Bz 0.1 mol L-1 to the respective metal sulphate solution, until total precipitation of the metal ions. The precipitate was washed with distilled water until elimination of the sulphate ion, filtered through and dried on Whatman no42 filter paper, and kept in a desiccator over anhydrous calcium chloride, under reduced pressure to constant mass. The compounds were investigated by means of infrared spectroscopy, X-Ray powder diffractometry, simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (TG-DTA), Thermogravimetry derivative termogravimetry (TG/DTG), differential scanning calorimetry (DSC) and other methods of analysis. / Mestre

Neste trabalho determinamos a estrutura eletrônica em torno de uma impureza substitucional de Fe nos metais de transição Pd, Sc, Y, Ti e Zr. Para realizar estes cálculos utilizamos urn método de primeiros princípios dentro da aproximação de densidade local, o RS-LMTO-ASA (\"Real Space-Linear Muffin-Tin Orbital-Atomic Sphere Approximation\'\'). Os resultados encontrados para os momentos magnéticos são comparados com outros cálculos te6ricos da literatura, e com resultados experimentais, quando existentes. Em particular, para o sistema com uma impureza de Fe em Pd analisamos os mecanismos de formação do momento magnético gigante. No caso da impureza de Fe nos hospedeiros Sc, Y, Ti e Zr, onde dois sítios distintos são observados experimentalmente, os resultados deste trabalho ajudam a identificar o sítio magnético como sendo o sítio substitucional. Calculamos também o comportamento do deslocamento isomérico e do campo hiperfino no sitio de Fe nos vários sistemas. Os valores determinados apresentam, em geral, excelente concordância com os resultados experimentais disponíveis na literatura. / In this work we use a first principles method within the local density approximation, the RS-LMTO-ASA (Real Space-Linear Muffin-Tin Orbitals-Atomic Sphere Approximation) to study the electronic structure around substitutional Fe impurities in Pd, Sc, Y, Ti and Zr hosts. We compare our results for the local magnetic moments at the impurity site with those obtained by other methods in the literature and with experimental results when available. For the substitutional Fe impurity in Pd we investigate the formation of the giant magnetic moment, which appears in this system. For the Fe impurity in Sc, Y, Ti and Zr, where two different sites for the Fe are observed experimentally, our results can help with site identification. We show beyond any doubt that the magnetic site is associated with the substitutional Fe in these hosts. Finally we also calculate the isomer shift and hyperfine contact field at the Fe impurity in all the systems. The values are in general in excellent agreement with experiment and other calculations, when available in the literature.

Diversos estudos experimentais e teóricos têm sugerido que a formação de ligas de superfície ou a deposição de monocamadas de metal de transição (TM) tensionadas sobre suportes de TM pode ser considerada como uma via para a produção de novos catalisadores. Assim, um entendimento mais profundo das propriedades energéticas, geométricas e catalíticas dessas superfícies, bem como seus efeitos sobre as propriedades de adsorção de moléculas como água e etanol se tornam muito interessantes e importantes para futuras aplicações. Nesse trabalho relatamos uma extensa investigação de primeiros princípios baseada na teoria funcional da densidade desde os processos de adsorção de adátomos de TM (Rh, Pd, Ir, Pt) sobre as superfícies Cu(111) e Au(111) considerando recobrimentos que variam de 1/9, 2/9 até 1 monocamada (ML), até a adsorção de monômeros das moléculas de água e de etanol sobre diferentes ambientes proporcionados pelas diferentes superfícies estudadas, bem como uma análise das interações de van de Waals (vdW), de grande relevância na descrição desses sistemas. Estudamos aspectos de formação e estabilidade de diferentes superfícies com diferentes recobrimentos de adátomos. Em baixos recobrimentos, apesar dos diferentes raios atômicos dos ádatomos e átomos do substrato, sítios incorporados na camada mais externa do substrato são mais favoráveis energeticamente do que sítios sobre a superfície do mesmo. Nos sistemas TM/Au(111), essa tendência segue até o limite em que todos os átomos do substrato fiquem expostos à região de vácuo, com uma camada adjacente de adátomos; válido também para os sistemas Rh/Cu(111). A adsorção de Pd, Ir e Pt em Cu(111), segue a mesma tendência até recobrimentos de 4/9, 8/9, 6/9 ML, ficando os adátomos expostos à região de vácuo para maiores recobrimentos. Para sistemas TM/Au(111), temos uma deformação expansiva, devido à mistura de adátomos, com raios menores que o Au, na primeira camada do substrato, enquanto para sistemas TM/Cu(111) ela é compressiva, em particular para altos recobrimentos de Pd, Ir, Pt, favorecendo sua adsorção sobre a superfície do substrato. Essas alterações nas propriedades das superfícies deslocam o centro da banda dos estados d ocupados, possibilitando \"ajustá-las\" para determinados adsorbatos. Logo, utilizamos algumas dessas superfícies para avaliar quais os efeitos sobre as propriedades de adsorção das moléculas de água e de etanol. Em todos os sistemas, as moléculas adsorvem ligam através do átomo de oxigênio, O, sobre um sítio de coordenação 1 (on-top). Esse cenário se altera conforme induzimos deformações na superfície, pois a molécula se desloca lateralmente rumo a sítios de maior coordenação; ou adicionamos correções de vdW, aumentando a interação molécula-substrato, e podendo até mesmo rearranjar a molécula sobre a superfície. Para a molécula de água, efeitos geométricos são menos pronunciados, enquanto para o etanol podem alterar drasticamente a conformação da molécula e sua orientação em relação à superfície. Assim como as correções de vdW, as deformações induzidas também afetam energia de adsorção, pois alteram a estrutura eletrônica dos substratos, tal que observamos um aumento linear das energias de adsorção em função do centro da banda dos estados d ocupados dos substratos, ainda que se observem desvios. Finalmente, pudemos contribuir para um melhor entendimento das propriedades de superfícies de metais de transição sob efeitos de deformações expansiva e compressiva, demonstrando a possibilidade de alterar suas propriedades tanto pelos diferentes recobrimentos quanto pelo tipo de deformação induzida. Além disso, comprovamos os efeitos dessas alterações sobre as propriedades de adsorção de moléculas de água e de etanol, incluindo ainda uma análise do comportamento de algumas correções de van der Waals para esses sistemas. / Many experimental and theoretical studies have been suggesting that the superficial alloys formation or a deposition of transition metal (TM) monolayers under strain over transition metal supports (substrates) can be considered as a route to produce new catalysts. Thus, a deeper understading about geometric, energetic and electronic properties of these surfaces, as well as, their effects over the molecules adsorption becomes very important for future applications. We report an extensive first principles investigation based on density functional theory, covering subjects from TM (Rh, Pd, Ir, Pt) adsorption processes on Cu(111) and Au(111) surfaces to different TM coverages (1/9, 2/9 up to 1 monolayer (ML)), up to the adsorption of water and ethanol monomers on different surface environments. Additionally, we will use van derWaals corrections, which are important to the description of these systems. We have studied formation and stability features of different surfaces with different adatoms coverage. At low coverages, despite of different atomic radius of adatoms and host atoms, incorporated sites in the topmost substrate layer are more energetically favorable than sites on the surface (overlayer). For TM/Au(111) systems, this trend follows adatom by adatom up to the limit where every atom from the substrate get exposed to the vacuum region, and has an underlying layer comprised of adatoms; it holds also for Rh/Cu(111) systems. The adsorption of Pd, Ir and Pt on Cu(111) follows the same trend until 4/9, 8/9, 6/9 ML coverages, and the adatoms get exposed to the vacuum region for higher coverages. For TM/Au(111) systems, we have an expansive strain, because of the mixture of adatoms, whose atomic radii are smaller than Au, in the topmost substrate layer, while for TM/Cu(111) systems it is compressive, in particular, for higher Pd, Ir, Pt coverages, which favors their adsorption on the overlayer. Such changes in the surface properties shift the center of gravity of the occupied d-band states, which gives the possibility to tune them to specific adsorbates. Thus, we have employed some of those surfaces to evaluate what are the effects over the adsorption properties of water and ethanol molecules. For all systems, the molecules adsorb by the oxygen atom, O, on an one-fold site (on-top). This scenario changes as we induce deformations over the surface, because the molecule has a lateral shift towards to higher coordinated sites; or when we add vdW corrections, increasing the molecule-substrate interaction, it being possible even to rearrange the molecule on the surface. For water molecule, geometric effects are less pronounced, while for ethanol they can drastically change the molecule conformation and orientation in relation to the surface. As the vdW corrections, the induced strain can also affect the adsorption energy, since they change the substrate electronic structure, and we observed a linear adsorption energy increasing against the center of gravity of the occupied d-band states of substrates, even there are some deviations. Finally, we could contribute to a better understanding about the transition metal surfaces properties over expansive and compressive strain effects, showing the possibility to change their properties either by different adatoms coverage or by induced strain. Furthermore, we prove these effects over the properties of water and ethanol molecules adsorption, also including an analysis to the van der Waals behavior for these systems.

Neste trabalho apresentamos um procedimento que utiliza o método de recorrência aliado a uma Hamiltoniana LCAO parametrizada, para avaliar a contribuição dos elétrons d locais ao gradiente de campo elétrico no núcleo (GCE) em ligas de metal de transição. Esta contribuição é geralmente a dominante nestes materiais e de difícil descrição, uma vez que depende das funções de onda eletrônicas que normalmente não são conhecidas. Usamos o método de recorrência para obter a densidade de estados local em torno do átomo considerado e determinamos a ocupação de cada orbital d deste átomo. Calculamos, então, a contribuição eletrônica ao GCE como a soma sobre os orbitais d locais das contribuições de cada orbital. Como ilustração do procedimento sugerido calculamos a contribuição eletrônica para o GCE numa impureza de Fe colocada substitucionalmente numa rede hexagonal de Zr. No cálculo da contribuição de cada orbital d da impureza de Fe para o GCE tomamos funções atômicas, utilizando como parte radial os resultados tabelados por Herman e Skilman por se mostrarem bem representativos na região de interesse. Avaliamos a contribuição da rede ao GCE e verificamos neste caso, como era esperado, que a contribuição eletrônica devido aos elétrons d do Fe é dominante. Nossos resultados se apresentaram em boa concordância com o valor experimental existente na literatura. Uma vez que o método de recorrência não requer periodicidade este tratamento pode ser extendido para investigar a distribuição de GCE em materiais amorfos. / We present here a procedure which uses the recursion method parametrized LCAO Hamiltonian to calculate the electric field gradient (EFG) at the nucleus in transition metal alloys. The main contribution to the EFG in these materials is generally the electronic contribution due to the local d electrons. This contribution is usually difficult to describe since it requires a detailed knowledge of the electronic wave function which are, normally, unknown. The recursion method is used to obtain the local density of states and the occupation number for each of the five d orbitals in the atom considered. The electronic contribution to the EFG is then calculated as a sum over the orbitals of the one-electron contribution multiplied by the corresponding occupation number. To illustrate the procedure proposed, we calculate the electronic contribution to the EFG at the nucleus of an Fe atom taken as a substitutional impurity in hcp Zr. We note that the main contribution of each d orbital to the EFG at the Fe site comes from a region where the local orbital should be very similar to the atomic orbital. Therefore, we have used the radial part of the d wave function for atomic Fe tabulated by Herman and Skillmann, to calculate this contribution. We have evaluated the lattice contribution to the EFG and, as suggested by the literature, we found that contribution is the electronic one, arising from the d electrons at the Fe site. Our results compare well with experimental values available in the literature. Since the recursion method does not require periodicity, the procedure presented here can be extended to investigate the distribution of EFG at the nucleus in amorphous materials.

Orientador: Erick Leite Bastos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2012

Neste trabalho apresentamos um procedimento que utiliza o método de recorrência aliado a uma Hamiltoniana LCAO parametrizada, para avaliar a contribuição dos elétrons d locais ao gradiente de campo elétrico no núcleo (GCE) em ligas de metal de transição. Esta contribuição é geralmente a dominante nestes materiais e de difícil descrição, uma vez que depende das funções de onda eletrônicas que normalmente não são conhecidas. Usamos o método de recorrência para obter a densidade de estados local em torno do átomo considerado e determinamos a ocupação de cada orbital d deste átomo. Calculamos, então, a contribuição eletrônica ao GCE como a soma sobre os orbitais d locais das contribuições de cada orbital. Como ilustração do procedimento sugerido calculamos a contribuição eletrônica para o GCE numa impureza de Fe colocada substitucionalmente numa rede hexagonal de Zr. No cálculo da contribuição de cada orbital d da impureza de Fe para o GCE tomamos funções atômicas, utilizando como parte radial os resultados tabelados por Herman e Skilman por se mostrarem bem representativos na região de interesse. Avaliamos a contribuição da rede ao GCE e verificamos neste caso, como era esperado, que a contribuição eletrônica devido aos elétrons d do Fe é dominante. Nossos resultados se apresentaram em boa concordância com o valor experimental existente na literatura. Uma vez que o método de recorrência não requer periodicidade este tratamento pode ser extendido para investigar a distribuição de GCE em materiais amorfos. / We present here a procedure which uses the recursion method parametrized LCAO Hamiltonian to calculate the electric field gradient (EFG) at the nucleus in transition metal alloys. The main contribution to the EFG in these materials is generally the electronic contribution due to the local d electrons. This contribution is usually difficult to describe since it requires a detailed knowledge of the electronic wave function which are, normally, unknown. The recursion method is used to obtain the local density of states and the occupation number for each of the five d orbitals in the atom considered. The electronic contribution to the EFG is then calculated as a sum over the orbitals of the one-electron contribution multiplied by the corresponding occupation number. To illustrate the procedure proposed, we calculate the electronic contribution to the EFG at the nucleus of an Fe atom taken as a substitutional impurity in hcp Zr. We note that the main contribution of each d orbital to the EFG at the Fe site comes from a region where the local orbital should be very similar to the atomic orbital. Therefore, we have used the radial part of the d wave function for atomic Fe tabulated by Herman and Skillmann, to calculate this contribution. We have evaluated the lattice contribution to the EFG and, as suggested by the literature, we found that contribution is the electronic one, arising from the d electrons at the Fe site. Our results compare well with experimental values available in the literature. Since the recursion method does not require periodicity, the procedure presented here can be extended to investigate the distribution of EFG at the nucleus in amorphous materials.

Neste trabalho determinamos a estrutura eletrônica em torno de uma impureza substitucional de Fe nos metais de transição Pd, Sc, Y, Ti e Zr. Para realizar estes cálculos utilizamos urn método de primeiros princípios dentro da aproximação de densidade local, o RS-LMTO-ASA (\"Real Space-Linear Muffin-Tin Orbital-Atomic Sphere Approximation\'\'). Os resultados encontrados para os momentos magnéticos são comparados com outros cálculos te6ricos da literatura, e com resultados experimentais, quando existentes. Em particular, para o sistema com uma impureza de Fe em Pd analisamos os mecanismos de formação do momento magnético gigante. No caso da impureza de Fe nos hospedeiros Sc, Y, Ti e Zr, onde dois sítios distintos são observados experimentalmente, os resultados deste trabalho ajudam a identificar o sítio magnético como sendo o sítio substitucional. Calculamos também o comportamento do deslocamento isomérico e do campo hiperfino no sitio de Fe nos vários sistemas. Os valores determinados apresentam, em geral, excelente concordância com os resultados experimentais disponíveis na literatura. / In this work we use a first principles method within the local density approximation, the RS-LMTO-ASA (Real Space-Linear Muffin-Tin Orbitals-Atomic Sphere Approximation) to study the electronic structure around substitutional Fe impurities in Pd, Sc, Y, Ti and Zr hosts. We compare our results for the local magnetic moments at the impurity site with those obtained by other methods in the literature and with experimental results when available. For the substitutional Fe impurity in Pd we investigate the formation of the giant magnetic moment, which appears in this system. For the Fe impurity in Sc, Y, Ti and Zr, where two different sites for the Fe are observed experimentally, our results can help with site identification. We show beyond any doubt that the magnetic site is associated with the substitutional Fe in these hosts. Finally we also calculate the isomer shift and hyperfine contact field at the Fe impurity in all the systems. The values are in general in excellent agreement with experiment and other calculations, when available in the literature.

Neste trabalho, utilizando métodos de primeiros princípios baseados no formalismo LMTO-ASA (\"Linear Muffin-Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation\"), calculamos a estrutura eletrônica e as propriedades magnéticas de sistemas metálicos com simetria bidimensional. Usando o método de espaço real RS-LMTO-ASA, estudamos superfícies de Fe e Pd nas direções [001], [110] e [111]. Investigamos como os diferentes aspectos estruturais inerentes aos sistemas formados por camadas de Pd sobre as superfícies de Fe(001), Fe(110) e Fe(111) interferem no comportamento magnético destes sistemas, procurando explicar os diferentes alcances de polarização das camadas de Pd observados experimentalmente. Passamos, então, a estudar o comportamento magnético de defeitos em superfícies de Pd(001), Pd(110) e Pd(111). Para impurezas de Fe e Co em superfícies de Pd, obtivemos valores de momento magnético local próximos ao da saturação, e mostramos que a variação destes momentos, com o número de primeiros vizinhos em torno do defeito, é aproximadamente linear. Obtivemos uma alta polarização induzida nos átomos de Pd vizinhos às impurezas indicando a existência de um momento magnético gigante, de superfície semelhante ao observado, experimentalmente, para impurezas de Fe e Co em Pd bulk. Estudamos impurezas de Ru em superfícies de Pd, investigando um possível aumento no momento do Ru, uma vez que indícios de magnetismo foram observados experimentalmente no caso desta impureza em Pd bulk. No caso da superfície de Pd(001), investigamos também propriedades magnéticas de sistemas constituídos por aglomerados isolados de Fe embebidos na superfície de Pd e por camadas aleatórias de Fe e Co sobre essa superfície. Os resultados para camadas aleatórias foram obtidos dentro da aproximação do potencial coerente (CPA), utilizando o método \"Tight-Binding\" TB-LMTO-ASA de espaço k. Finalmente, utilizamos o método RS-LMTO-ASA para investigar o comportamento magnético de camadas de Cr em sanduíches e super-redes Fe/Cr/Fe(001), e mostramos que os efeitos da compressão da rede e da rugosidade na interface Fe-Cr podem causar uma grande redução nos momentos magnéticos das camadas de Cr mais centrais. Nossos resultados estão em boa concordância com os resultados experimentais da literatura e com os resultados teóricos obtidos por outros métodos, quando existentes. / In this work we use first principles methods based on the LMTO-ASA (\"Linear Mufün-Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation\") formalism to study the electronic structure and magnetic properties of metallic systems with bidimensional symmetry. Using the Real Space (RS-LMTO-ASA) method we study the Fe and Pd surfaces on [001], [110] and [111]. We investigate how the different structural aspects of Pd layers on the Fe(001), Fe(110) and Fe(111) surfaces affect their own magnetic behavior, determining their relation to the experimentally observed polarization ranges of the Pd layers. We also investigate the magnetic behavior of some defects in Pd(001), Pd(110) and Pd(111) surfaces. For the case of Fe and Co impurities in Pd surfaces, we obtain for their magnetic moment values near the saturation one, and we show that these values decrease linearly as the number of nearest neighbors increases. We obtain a high polarization induced in the atoms of Pd near the impurities, which indicates the existence of a surface giant magnetic moment similar to the one experimentally observed for impurities of Fe and Co in bulk Pd. We study Ru impurities in Pd surfaces, investigating a possible increase in the Ru magnetic moment, once experimental results indicate the presence of magnetism in the case of Ru in bulk Pd. We also investigate the magnetic properties of isolated Fe clusters embedded in the Pd(001) surface, and of random layers of Fe and Co in the Pd(001) surface. The results for the random layers are obtained using the coherent potential approximation (CPA), using the k-space Tight-Binding (TB-LMTO-ASA) method. Moreover, the magnetic behavior of thin layers of Cr in Fe/Cr/Fe(001) trilayers and superlattices is studied using the RS-LMTO-ASA method. The effects of lattice compression and interface mixing are investigated, and it is shown that they can cause large reductions of the Cr magnetic moments. The values are in general in excellent agreement with experiment and other calculations, when available in the literature.

Neste trabalho, métodos ab initio multiconfiguracionais de alto nível foram empregados para estudar as estruturas eletrônicas e as ligações químicas de vários estados eletrônicos de dois monocarbetos de metais de transição do período 3d: MnC e CoC. Os estados eletrônicos quartetos, sextetos e octupletos energeticamente mais baixos do MnC, que estão correlacionados com os três mais baixos canais de dissociação, foram investigados teoricamente, pela primeira vez, com a abordagem Interação de Configurações Multiconfiguracional (MRCI), baseada em funções de onda do tipo Complete-Active-Space Self-Consistent-Field (CASSCF) e extensos conjuntos de bases atômicas. Energias de excitação, distâncias internucleares de equilíbrio, energias de dissociação e constantes espectroscópicas para todos os 36 estados serão apresentados. Fatores de Franck-Condon, coeficientes de Einstein e tempo de vida radioativa para a transição eletrônica X-A também serão mostrados. Sobre o monocarbeto de cobalto (CoC), os métodos CASSCF e Teoria da Perturbação de Segunda Ordem Multiconfiguracional (CASPT2) foram empregados para estudar seus estados eletrônicos dubletos mais baixos. Três novos estados foram identificados. O estado atribuído para a banda entre 13.000 – 14.500 cm-1 foi cofirmado, mas ao contrário do que foi sugerido, outra configuração eletrônica foi encontrada como a mais relevante para a descrição desse estado. / In this work, high level ab initio multiconfigurational methods were employed to study the electronic structures and chemical bondings of several electronic states of two 3d transition metal monocarbides: MnC and CoC. The lowest-lying quartet, sextet, and octuplet electronic states of MnC, correlating with the three lowest-lying atomic dissociation channels, were investigated theoretically for the first time, with state-of-the-art Multireference Configuration Interaction (MRCI) approach, based on Complete-Active-Space Self-Consistent-Field (CASSCF) wave functions and extensive basis sets. Excitation energies, equilibrium internuclear distances, dissociation energies, and spectroscopic constants for all 36 electronic states will be reported. Franck-Condon factos, Einstein coefficients, and radiative lifetimes for the X-A electronic transition will also be presented. As to the colbalt monocarbide (CoC), the CASSCF and Second Order Perturbation Theory (CASPT2) methods were employed to study its low-lying electronic dublet states. Three new states were identified. The results support the previous assignment fo the 13000 – 14500 cm-1, but unlike previous suggestions, another electronic configuration were found as the most important for the description of this state.

A tecnologia dos semicondutores tem exigido materiais alternativos para substituir a silício em aplicações a altas temperaturas, altas potências e altas frequências. O carbeto de silício (SiC) emergiu como um dos sérios candidatos que poderiam operar sob extremas condições. O carbeto de silício é um semicondutor que apresenta uma grande faixa proibida de energia e possui mais de 200 politipos. Dentre esses politipos, a maioria das pesquisas tem sido focada nos politipos hexagonais (4H e 6H) e cúbico (3C). Com o objetivo de desenvolver novos dispositivos baseados em SiC, é importante obter um controle bastante rígido sobre os defeitos nativos e as impurezas no material. Os metais de transição tais como titânio, vanádio e cromo são impurezas residuais comuns que são incorporadas durante o crescimento e podem afetar as propriedades eletrônicas do material. Vanádio e cromo são conhecidos como geradores de centros eletricamente ativos em todos os politipos até agora investigados. Por outro lado , a atividade elétrica das impurezas de titânio dependem do politipo de SiC. Apesar do grande interesse que as impurezas de metais de transição despertam devido a suas aplicações tecnológicas associadas a produção de dispositivos eletrônicos, estudos teóricos, utilizando métodos de energia total, têm sido limitados devido a complexidade destes sistemas. Neste trabalho, realizamos uma investigação teórica das principais propriedades eletrônicas e estruturais das impurezas de Ti, V e Cr nos politipos 3C e 2H de SiC em vários estados de carga. O método utilizado é o FP-LAPW (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave), que é baseado na teoria do funcional da densidade, dentro da aproximação da supercélula. As geometrias e estruturas atômicas de Ti, V e Cr assim como suas estabilidades são investigadas. Para cada configuração, os átomos ao redor do sítio da impureza são relaxados de acordo com o esquema de Newton. ) Este é o primeiro estudo de propriedades eletrônicas e estruturais de impurezas de metais de transição em um material semicondutor, dentro de um formalismo de primeiros princípios, onde distorções da rede cristalina são consideradas. Nossos resultados são comparados com os dados experimentais disponíveis na literatura. / Current semiconductor techonology has required alternative materials to silicone, for applications at high temperatures, high powers, and high frequencies. Silicon carbide (SiC) has emerged as one of the leading candidates which could be operated under such extreme conditions. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor which has more than 200 know polytypes. From all those polytypes, research has been focused on hexagonal (4H and 6H) and cubic (3C) SiC. In order to develop SiC-based new devices, it is important to achieve a strict control over native defects and impurities in the material. Transitions metals, such as titanium, vanadium, and chromium, are commum residual impurities which are incorporated during growth, and they may affect the electronic properties of the material. Vanadium and chromium are known to generated electrically active centers in all so far investigated SiC polytypes. On the other hand, the electrical activity of titanium impurities depends on the host SiC polytype. Although transition metal impurities in semiconductors have attracted a great deal of interest due to their technological applications in device production, the theoretical studies using total-energy methods have been limited because of the complexity of the systems. In this work we carried a theoretical investigation of the main electronic and structural properties of Ti, V and Cr impurities in 3C and 2H SiC in the neutral and charged states of the impurities. As a method we have used the FPLAPW (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave Method) in the supercell approach. The geometries and atomic structures, transitions and formation energies of isolated impurities of Ti, V and Cr were investigated as well their stabilities. For each configuration, the atoms around the impurity site are allowed to relax without any constrains, following the damped Newton scheme. Our results are compared to available experimental data on literature.