Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 10515395 bytes, checksum: 24068367353a0ab8bc6c91ecaae5abf5 (MD5) Previous issue date: 2014-09-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Titanium dioxide (TiO2) in anatase phase has been the most studied metal oxide in the last two decade due to its potential technological aplication in many areas, such as dyes, (photo)catalysts and solar cells. Computational and experimental methods has been employed to understand the mechanical, electronical and catalytic properties of anatase. In this context, the introduction of dopants and induction of point deffects formation (mainly oxygen vacancies) are responsible for tunning those properties in many situatuions, e.g. increasing the (photo)catalytic efficience. In the present study, we investigated the effect of Ce-doping on the formation of oxygen vacancy and reduced Ti3+ and Ce3+ centers in anatase TiO2 (bulk and (001) surfaces) by means of computational quantum chemical calculations. All calculations were performed at the density functional theory (DFT) level taking into account the periodicity of the systems. The bulk phase was initially studied without dopant, and the Grimme DFT-D2 dispersion potential was reparameterized for octahedral [TiO6] interaction in anatase polymorph within the B3LYP (GTO) approach (hereafter named B3LYP-D*). Several properties were calculated from bulk with B3LYP-D* in good agreement with experimental values from anatase single crystals, such as: Wulff construction of single crystal in thermodynamic equilibrium, elastic constants, infrared and Raman vibrational frequencies, and electronic structure calculations (band structure and density of states). Two DFT approachs were used for mitigate the self-interaction error (SIE) in both reduced and/or Ce-doped systems: the on-site Dudarev DFT+U correction and the hybrid B3LYP (20% HF) functional with plane-wave or Gaussian-type basis set. Only a small local perturbation was associated with the Ce-dopant introduction in the octahedral site (bulk) and Ce(5c) (surface). The Ce-doped systems presented lower oxygen vacancy formation energy than pristine TiO2. The most stable VO configuration in the bulk were in the next neighbors from the reduced [CeO6]/ center, instead the low-coordinated [CeO5] centers. Similarly, the dopant on the subsurface distoted octahedral [CeO6]d site of (001) surface boosted the remotion of O(2c) in the outmost layer of the surface. This behavior was not observed with the dopant on the low-coordinated [CeO5] site. The Ti3+ [3d 1] and Ce3+ [4f 1] midgap states were found up to ~ 1.0 eV bellow de conduction band. These founds are in agreement with experimental evidences of the enhanced facilitation of VO formation in Ce-doped anatase, and superior (photo)catalytic activity when compared with undoped TiO2. In the general way, the vacancy formation energy decreased significantly in the following situations: (i) oxide reduction in the presence of Ce as dopant; (ii) VO in the nearest neighbor sites of the reduced [CeO6]/ octahedra (iii) introduction of two Ce dopants around VO; (iv) VO in the outmost layers plus [CeO6]/ at the subsurface. / Dióxido de titânio (TiO2) na fase anatase tem sido o óxido mais estudado nas últimas décadas devido à sua potencial aplicação tecnológica em diversas áreas, dentre as quais como pigmento, (foto)catalisador e em células solares. Não obstante, métodos experimentais e computacionais têm sido empregados na compreensão de suas propriedades mecânicas, eletrônicas e catalíticas da anatase. Nesse contexto, a introdução de dopantes com formação de defeitos pontuais do tipo vacâncias de oxigênio tem sido responsável por aumentar a eficiência desse material como catalisador sobre muitas reações. No presente estudo, investigamos, por meio de cálculos computacionais, o efeito da dopagem do TiO2 anatase com o lantanídeo Ce sobre a formação de vacâncias de oxigênio e exploramos suas consequências na formação de centros reduzidos Ti3+ e Ce3+, no bulk e na superfície (001). Todos os cálculos foram realizados ao nível da teoria do funcional da densidade (DFT) utilizando códigos computacionais que levam em consideração a periodicidade dos sistemas cristalinos (2D para superfícies ou 3D para bulk). Para uma maior compreensão da anatase sem o dopante, exploramos inicialmente o efeito das interações de dispersão entre os poliedros [TiO6] e reparametrizamos o potencial de Grimme DFT-D2 com funções de base GTO (o qual chamamos B3LYP-D*), a partir do qual várias propriedades estruturais foram obtidas, como construção de Wulff do hábito cristalino sob equilíbrio termodinâmico, propriedades elásticas, vibracionais e eletrônicas. Na presença do dopante e com os sistemas reduzidos, duas principais metodologias foram adotadas na tentativa de reduzir o erro de autointeração da DFT: o uso do funcional híbrido B3LYP e a correção de Dudarev DFT+U. Orbitais do tipo Gaussiana e ondas planas foram utilizadas como funções de base. Apenas uma pequena deformação local ocorreu com a introdução do dopante no sítio octaédrico do Ti no bulk e no sítio Ce(5c) da superfície. Em ambos bulk e superfície (001) a introdução do dopante levou à diminuição da energia de formação de VO. As configurações mais estáveis de VO no bulk ocorreram nos vizinhos próximos ao octaedro reduzido [CeO6]/ em vez daquelas que envolviam a diminuição da coordenação do dopante para [CeO5]. Analogamente, a presença do dopante na subsuperfície da (001) formando o poliedro distorcido [CeO6]d impulcionou a remoção de um O(2c) na camada mais externa da superfície, o que não foi observado quando a dopagem acontecia na última camada de cátions com coordenação [CeO-5]. Assim como no bulk, os estados intermediários no band gap associados com a vacância mais estável na superfície (001) foram referentes ao Ti3+ [3d 1] e Ce3+ [4f 1] localizados em torno de 0.5-1.0 eV abaixo da banda de condução, de acordo com achados experimentais e evidências no aumento da atividade (foto)catalítica dado pela criação destes canais de transferência eletrônica. De modo geral, a energia de formação das vacâncias de oxigênio diminuiu consideravelmente nas seguintes situações: (i) redução do óxido na presença do dopante Ce, (ii) desde que os sítios de criação das VO localizem-se nos primeiros vizinhos ao octaedro [CeO6]/ distorcido por expansão polarônica, (iii) introdução de dois dopantes, em direções opostas, em torno de VO, e (iv) criação de VO nas camadas mais externas da superfície, desde que o dopante esteja na subsuperfície e com coordenação [CeO6].

Suspensões coloidais de microesferas de poliestireno carregadas proporcionam um sistema experimental excelente para estudar muitos problemas em física da matéria condensada. Sob condições apropriadas as partículas nessas suspensões podem se auto-organizar em um cristal com ordem de longo alcance, o chamado cristal coloidal. Neste trabalho apresentamos resultados de simulações por Dinâmica Molecular relacionados a defeitos pontuais, vacâncias e interstícios, em um cristal coloidal 2D. Calculamos a energia de formação e a interação destes defeitos pontuais, mostrando que um interstício é mais provável de ser criado do que uma vacância e que a interação entre os defeitos (vacância-vacância e interstício-interstício) é atrativa. Em conjunto esses resultados apontaram que os defeitos pontuais podem afetar o mecanismo de fusão do cristal coloidal 2D. Com relação à dinâmica dos defeitos, o foco foi sobre as vacâncias. Calculamos as entalpias de migração deste defeito de uma forma original, baseada na troca de topologias. Concluímos que a vacância não difunde de acordo com um único mecanismo, mas sim um misto de dois comportamentos, são eles: relação de Arrhenius corrigida e relação de potência com a temperatura. Calculamos também as entalpias e entropias relativas de formação das topologias da vacância, o que possibilitou identificar as topologias mais estáveis. Acreditamos que esses resultados serão importantes para trabalhos experimentais envolvendo interfaces e superfícies sólidas. / Colloidal suspensions of charged polystyrene microspheres provide an excellent experimental system to study many problems in condensed matter physics. Under appropriate conditions the particles in these suspensions organize themselves in a long-range-ordered crystal, the so-called colloidal crystal. In this thesis we report Molecular Dynamics simulations on point defects, vacancies and interstitials, in a 2D colloidal crystal. We have calculated the formation energy and interaction of these point defects, as well as the energy barriers between the various topological configurations that the defects may adopt while in thermal equilibrium. It is shown that the interstitials are more likely to be formed than the vacancies, and the interaction between defects (vacancy-vacancy and interstitial-interstitial) is attractive. Taken together, these results indicate that point defects may affect the melting process of a 2D colloidal crystal. With regard to the dynamics of the defects, emphasis was placed on the vacancies. The enthalpy for migration of a vacancy was calculated on the basis of exchanges between topologies. We concluded that the vacancy does not diffuse according to a single mechanism, but rather through a mixture of two processes: one is a modified Arrhenius mechanism and the other is represented by a power-law dependence on the temperature. We also calculated the relative enthalpies and entropies associated with the formation of the different topologies of vacancies, which allowed identification of the most stable topologies. We believe these results may have important bearing on experimental works involving interfaces and solid surfaces.

O método cerâmico é a rota de síntese mais utilizada na produção de materiais luminescentes no estado sólido dopados com íons terras raras. Porém, as altas temperaturas necessárias para a formação dos compostos somada ao longo tempo de síntese levantam questões sobre a viabilidade energética desse método. Nos dias atuais, há grande interesse em buscar alternativas mais sustentáveis que gastem menos energia, e produtos com performances cada vez melhores. Nesse cenário, foi proposta a síntese dos materiais com luminescência persistente em forno de micro-ondas doméstico, por se tratar de um equipamento relativamente barato, que gasta muito menos energia que um forno tubular convencional, e tem um tempo de síntese muito menor. Os materiais SrS:Eu2+,TR3+ (TR = Ce, Nd, Sm, Dy, Er e Yb) foram produzidos pelo método de síntese no estado sólido assistida por micro-ondas, e para validação e comparação do método, os materiais SrS:TR (TR = Eu2+, Ce3+, Sm3+ e Yb2+/3+) foram preparados por ambos os métodos cerâmico e assistido por micro-ondas. Estudos de estrutura e morfologia dos materiais preparados foram realizados com medidas de DRX em pó e XANES na borda-LIII dos íons terras raras e na borda-K do enxofre. As propriedades luminescentes dos materiais foram investigadas com medidas de termoluminescência, luminância, espectroscopia UVVisível, espectroscopia UV-Vácuo e XEOL. Todos os materiais dopados com Eu2+ têm uma banda larga de emissão centrada em 620 nm atribuída à transição 4f65d1→4f7 com forte efeito nefelauxético. Além do Eu2+, foram observadas transições 5d→4f para o Ce3+ e o Yb2+. Estudos de luminescência persistente mostraram que a co-dopagem do SrS:Eu2+ com íons TR3+ aumentaram a duração do tempo de emissão de luz dos materiais após cessada a fonte de irradiação em mais de 400 %. Além disso, não se observou diferença na duração do fenômeno para os diferentes íons co-dopantes, mostrando que o mecanismo de luminescência persistes nesse material é governado pelo armadilhamento de elétrons em defeitos pontuais na matriz. Um novo fenômeno foi observado com a intensa luminescência persistente gerada após irradiação com raios X. Por fim, foram realizados testes de aplicação dos materiais com luminescência persistente em iluminação no estado sólido para geração de luz branca, mostrando que eles podem ser utilizados em LEDs persistentes. / Hitherto, the ceramic method is the most employed synthesis route on the production of solid-state luminescent materials doped with rare-earth ions. However, the high temperatures required for the compounds formation added up to the long synthesis time give rise to questions about the energetic viability of this method. Nowadays there is a great interest in finding more sustainable alternatives which demands less energy and provides products with better performances. Is this scenario, the synthesis of the persistent luminescence materials in a domestic microwave oven was proposed, because it is a relatively cheap equipment that spends much less energy than a conventional tubular furnace and has a shorter synthesis time. Thus, the materials SrS:Eu2+,TR3+ (TR = Ce, Nd, Sm, Dy, Er e Yb) were prepared via the microwaveassisted solid-state synthesis, and, for validation and comparison between methods, the materials SrS:TR (TR = Eu2+, Ce3+, Sm3+ and Yb2+/3+) were prepared via both the ceramic and microwave-assisted methods. Studies of structure and morphology of the prepared materials were undertaken with XRD and XANES at LIII-edge of rare-earth ions and K-edge of sulfur measurements. The luminescent properties of the materials were explored with thermoluminescence, luminance, UV-Vis spectroscopy, VUV spectroscopy and XEOL measurements. All the Eu2+-doped materials have a large emission band centered at 620 nm assigned to the 4f65d1→4f7 transition with strong nephelauxetic effect. Besides Eu2+, 5d→4f transitions were observed for Ce3+ and Yb2+ as well. Persistent luminescence studies showed that co-doping SrS:Eu2+ with TR3+ have improved the light emission timespan in over 400 % after removing the irradiation source. Moreover, no difference was detected on the emission timespan for the different co-dopant ions, showing that the persistent luminescence mechanism for this material is governed by electron trapping on the matrix point defects. A new phenomenon with high-intensity persistent luminescence was observed in these materials after irradiation with X-ray. At last, tests of application of the persistent luminescent materials with solid-state white-lighting were made, showing that they can be used in persistent LEDs.

O método cerâmico é a rota de síntese mais utilizada na produção de materiais luminescentes no estado sólido dopados com íons terras raras. Porém, as altas temperaturas necessárias para a formação dos compostos somada ao longo tempo de síntese levantam questões sobre a viabilidade energética desse método. Nos dias atuais, há grande interesse em buscar alternativas mais sustentáveis que gastem menos energia, e produtos com performances cada vez melhores. Nesse cenário, foi proposta a síntese dos materiais com luminescência persistente em forno de micro-ondas doméstico, por se tratar de um equipamento relativamente barato, que gasta muito menos energia que um forno tubular convencional, e tem um tempo de síntese muito menor. Os materiais SrS:Eu2+,TR3+ (TR = Ce, Nd, Sm, Dy, Er e Yb) foram produzidos pelo método de síntese no estado sólido assistida por micro-ondas, e para validação e comparação do método, os materiais SrS:TR (TR = Eu2+, Ce3+, Sm3+ e Yb2+/3+) foram preparados por ambos os métodos cerâmico e assistido por micro-ondas. Estudos de estrutura e morfologia dos materiais preparados foram realizados com medidas de DRX em pó e XANES na borda-LIII dos íons terras raras e na borda-K do enxofre. As propriedades luminescentes dos materiais foram investigadas com medidas de termoluminescência, luminância, espectroscopia UVVisível, espectroscopia UV-Vácuo e XEOL. Todos os materiais dopados com Eu2+ têm uma banda larga de emissão centrada em 620 nm atribuída à transição 4f65d1→4f7 com forte efeito nefelauxético. Além do Eu2+, foram observadas transições 5d→4f para o Ce3+ e o Yb2+. Estudos de luminescência persistente mostraram que a co-dopagem do SrS:Eu2+ com íons TR3+ aumentaram a duração do tempo de emissão de luz dos materiais após cessada a fonte de irradiação em mais de 400 %. Além disso, não se observou diferença na duração do fenômeno para os diferentes íons co-dopantes, mostrando que o mecanismo de luminescência persistes nesse material é governado pelo armadilhamento de elétrons em defeitos pontuais na matriz. Um novo fenômeno foi observado com a intensa luminescência persistente gerada após irradiação com raios X. Por fim, foram realizados testes de aplicação dos materiais com luminescência persistente em iluminação no estado sólido para geração de luz branca, mostrando que eles podem ser utilizados em LEDs persistentes. / Hitherto, the ceramic method is the most employed synthesis route on the production of solid-state luminescent materials doped with rare-earth ions. However, the high temperatures required for the compounds formation added up to the long synthesis time give rise to questions about the energetic viability of this method. Nowadays there is a great interest in finding more sustainable alternatives which demands less energy and provides products with better performances. Is this scenario, the synthesis of the persistent luminescence materials in a domestic microwave oven was proposed, because it is a relatively cheap equipment that spends much less energy than a conventional tubular furnace and has a shorter synthesis time. Thus, the materials SrS:Eu2+,TR3+ (TR = Ce, Nd, Sm, Dy, Er e Yb) were prepared via the microwaveassisted solid-state synthesis, and, for validation and comparison between methods, the materials SrS:TR (TR = Eu2+, Ce3+, Sm3+ and Yb2+/3+) were prepared via both the ceramic and microwave-assisted methods. Studies of structure and morphology of the prepared materials were undertaken with XRD and XANES at LIII-edge of rare-earth ions and K-edge of sulfur measurements. The luminescent properties of the materials were explored with thermoluminescence, luminance, UV-Vis spectroscopy, VUV spectroscopy and XEOL measurements. All the Eu2+-doped materials have a large emission band centered at 620 nm assigned to the 4f65d1→4f7 transition with strong nephelauxetic effect. Besides Eu2+, 5d→4f transitions were observed for Ce3+ and Yb2+ as well. Persistent luminescence studies showed that co-doping SrS:Eu2+ with TR3+ have improved the light emission timespan in over 400 % after removing the irradiation source. Moreover, no difference was detected on the emission timespan for the different co-dopant ions, showing that the persistent luminescence mechanism for this material is governed by electron trapping on the matrix point defects. A new phenomenon with high-intensity persistent luminescence was observed in these materials after irradiation with X-ray. At last, tests of application of the persistent luminescent materials with solid-state white-lighting were made, showing that they can be used in persistent LEDs.

Neste trabalho estudamos a estrutura eletrônica de defeitos pontuais em diamante , os quais introduzem níveis profundos na faixa proibida deste material. Utilizamos o modelo de aglomerado molecular dentro de dois formalismos: o Método do Espalhamento Múltiplo X (MS- X), que é um método de primeiros princípios e o método \"Complete Neglect of Differential Overlap\" (CNDO/ BW), que é semi-empírico. Foi empregado um tratamento adequado para os orbitais de superfície em cada um dos dois formalismos . Foram estudados dois sistemas: o Nitrogênio substitucional e a vacância simples. Para o Nitrogênio, analisamos as possíveis distorções associadas a este centro, procurando interpretar os resultados experimentais. A vacância simples mostrou-se ser um sistema bastante semelhante à vacância simples em Silício: em ambos os casos observa - se uma distorção Jahn-Teller. O modelo adotado mostrou- se capaz de descrever satisfatoriamente as estruturas eletrônicas dos dois centros estudados, fornecendo resultados quantitativos que são comparados com a experiência . / In this work we studied the electronic structure of point defects in diamond. To do this we used the molecular cluster model within two formalisms: the first-principles X Scattered wave method MS-X ) and the semiempirical Complete Neglect of Differential Overlap (CNOO/BW) method. In each case, an adequate surface orbitals treatment was utilized. We studied the following systems: the substitutional Nitrogen and the simple neutral vacancy. For the substitutional Nitrogen. We analyzed the possible distortion related to this center trying to interprete the experimental results. For the simple neutral vacancy in diamond. The results showed to be similar to the simple Silicon vacancy picture: In both cases we observed a Jahn-Teller distortion (lowering the symmetry of the center). The adopted model showed to be able to describe satisfactorily their electronic structures, and quantitative results are given, which are compared with the experimental data.

Neste trabalho estudamos a estrutura eletrônica de defeitos pontuais em diamante , os quais introduzem níveis profundos na faixa proibida deste material. Utilizamos o modelo de aglomerado molecular dentro de dois formalismos: o Método do Espalhamento Múltiplo X (MS- X), que é um método de primeiros princípios e o método \"Complete Neglect of Differential Overlap\" (CNDO/ BW), que é semi-empírico. Foi empregado um tratamento adequado para os orbitais de superfície em cada um dos dois formalismos . Foram estudados dois sistemas: o Nitrogênio substitucional e a vacância simples. Para o Nitrogênio, analisamos as possíveis distorções associadas a este centro, procurando interpretar os resultados experimentais. A vacância simples mostrou-se ser um sistema bastante semelhante à vacância simples em Silício: em ambos os casos observa - se uma distorção Jahn-Teller. O modelo adotado mostrou- se capaz de descrever satisfatoriamente as estruturas eletrônicas dos dois centros estudados, fornecendo resultados quantitativos que são comparados com a experiência . / In this work we studied the electronic structure of point defects in diamond. To do this we used the molecular cluster model within two formalisms: the first-principles X Scattered wave method MS-X ) and the semiempirical Complete Neglect of Differential Overlap (CNOO/BW) method. In each case, an adequate surface orbitals treatment was utilized. We studied the following systems: the substitutional Nitrogen and the simple neutral vacancy. For the substitutional Nitrogen. We analyzed the possible distortion related to this center trying to interprete the experimental results. For the simple neutral vacancy in diamond. The results showed to be similar to the simple Silicon vacancy picture: In both cases we observed a Jahn-Teller distortion (lowering the symmetry of the center). The adopted model showed to be able to describe satisfactorily their electronic structures, and quantitative results are given, which are compared with the experimental data.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-03-14T19:25:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Renan Augusto Pontes Ribeiro.pdf: 9570923 bytes, checksum: a291ba63c045a11cb0a642a480367e27 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-03-14T19:25:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Renan Augusto Pontes Ribeiro.pdf: 9570923 bytes, checksum: a291ba63c045a11cb0a642a480367e27 (MD5) Previous issue date: 2019-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O desenvolvimento da spintrônica tem motivado a busca por novos materiais multiferróicos devido à multifuncionalidade desses compostos associada ao acoplamento entre diferentes ordens ferróicas em uma estrutura cristalina. No presente estudo, propomos a investigação teórica, baseada na Teoria do Funcional de Densidade, dos materiais ATiO3 (A = Mn, Fe, Ni) na estrutura R3c com objetivo de esclarecer o efeito da substituição do cátion A sobre as propriedades estruturais, magnéticas e eletrônicas, bem como descrever diferentes mecanismos de controle das propriedades multiferróicas baseados em arquiteturas de filmes-finos, morfologia e controle de defeitos intrínsecos. Para uma maior compreensão dos efeitos envolvidos nos materiais ATiO3, diferentes funcionais de troca e correlação foram investigados e o funcional PBE0 apresentou os menores desvios, consequentemente, a melhor representação comparado aos resultados experimentais. Com objetivo de investigar as propriedades conectadas a filmes-finos dos materiais ATiO3, propomos uma metodologia inovadora que permite descrever as deformações uni- e biaxial que se originam na região de interface entre o filme e o substrato. Nesse caso, os resultados obtidos indicam que as distorções estruturais induzem uma transição magnética para o NiTiO3, originando ordenamento ferromagnético a partir de um critério magneto-estrutural associado a deformação dos clusters [MO6] que reproduz satisfatoriamente os resultados experimentais reportados na literatura. De modo análogo, para elucidar a relação entre o magnetismo e a morfologia dos materiais ATiO3, combinamos cálculos de Energia de Superfície, Construção de Wulff e um formalismo avançado para descrever o magnetismo superficial considerando a existência de spins não compensados ao longo dos planos polares (100), (001), (101), (012), (111) e apolares (110). Os resultados indicam que a redução do número de coordenação dos metais A e Ti para os planos (001) e (111) resulta na transferência de carga entre os cátions A2+ e Ti4+, originando espécies Ti3+ magnéticas que aumentam o magnetismo superficial ao longo desses planos. Além disso, esse efeito é capaz de induzir uma alteração do caráter eletrônico para esses materiais, permitindo indicar que a clivagem das superfícies contribui para o controle das propriedades eletrônicas, reduzindo o valor de band-gap ou gerando comportamento meio-metálico. Os mapas morfológicos obtidos indicam que o controle da exposição majoritária do plano (001) para obtenção de discos hexagonais induz um aumento do magnetismo superficial para os materiais ATiO3 em acordo com resultados experimentais, além de predizer diferentes morfologias acessíveis com interessantes propriedades magnéticas. Ademais, o efeito de defeitos intrínsecos como vacâncias de oxigênio no bulk e superfície apolar (110) dos materiais ATiO3 foi investigado indicando que a redução do número de coordenação na região do defeito induz que os elétrons remanescentes sejam localizados, principalmente, nos orbitais 3d vazios dos cátions Ti vizinhos, gerando espécies [TiO5]ꞌ e [TiO4]ꞌ (3d1 ) que possibilitam uma interação ferromagnética nos materiais MnTiO3 e FeTiO3. A combinação entre os diferentes mecanismos investigados permitiu estabelecer um guia científico para o estudo teórico de materiais multiferróicos, contribuindo para descrever as potencialidades dos diferentes materiais bem como predizer novos candidatos. / The development of spintronic has motivated the search for new multiferroic materials due to the multifunctionality of these materials that are associated with the coupling of different ferroic orders into a single crystalline structure. In the present study, we propose a theoretical investigation, based on Density Functional Theory, of ATiO3 (A = Mn, Fe, Ni) materials in the R3c structure in order to clarify the effect of A-site cation replacement on the structural, magnetic and electronic properties, as well as to describe a different mechanism to control the multiferroic properties based on thin-film architectures, morphology and point defects. For a more comprehensive overview of the main effects involved on the ATiO3 materials several exchange-correlation functionals were investigated, being the PBE0 the functional with smallest deviations and, consequently, the best representation in comparison to the experimental results. Aiming to describe the main fingerprints related with the creation of ATiO3 thin-films, we propose an innovative methodology that allows to describe the uniaxial and biaxial deformations originated in the interface region between the film and the substrate. In this case, the results indicate that structural distortions induce a magnetic transition for the NiTiO3, originating ferromagnetic ordering from magneto-structural criteria, which is associated to the deformation of the [MO6] clusters that reproduces satisfactorily the experimental results reported in the literature. Similarly, in order to elucidate the relationship between the magnetism and the morphology of the ATiO3 materials, we combined Surface Energy, Wulff Construction, and an advanced formalism to describe surface magnetism by considering the existence of uncompensated spins along the polar planes (100), (001), (101), (012), (111) and non-polar (110). The results indicate that the reduction of the coordination for both A and Ti metals along the (001) and (111) planes induces a charge transfer between the A 2+ and Ti4+ cations, resulting in magnetic Ti3+ species that increase the superficial magnetism along such planes. Moreover, this effect allowed a change in the electronic structure for these materials, allowing to point out that the cleavage of the surfaces contribute to the control of the electronic properties reducing the band-gap value or generating half-metallic behavior. The morphological maps indicated that the control of the major exposure for the (001) surface to obtain hexagonal discsinduces an increase of the superficial magnetism for the ATiO3 materials according to experimental results, besides predicting different accessible morphologies with interesting magnetic properties. In addition, the effect of intrinsic defects such as oxygen vacancies on the bulk and non-polar (110) surface of the ATiO3 materials were investigated, indicating that the reduction of coordination in the defect region induces the localization of the remaining electrons in the empty 3d orbitals of neighboring Ti cations, generating [TiO5]'and [TiO4]' (3d1 ) species that allow a ferromagnetic interaction for MnTiO3 and FeTiO3 materials. The combination of the different mechanisms investigated has allowed to stablish a scientific guide for the theoretical study of multiferroic materials, contributing to describe the potentialities of the different materials as well as to predict new candidates.