The structural, electronic, energetic and optical properties of the compound Li2B4O7 containing the substitutional defects Cu or Ag were investigated by means of calculations of first principles at the Density Functional Theory level using the LAPW method implemented in the computer code Wien2k. The isolated Cu and Ag defects are considered in four charge states (q = -1, 0, +1, +2) with objective to simulate situations of the capture of an electron or a hole. In all cases, the atomic positions are computationally relaxed, Cu – O and Ag – O chemical bonds nature carefully analyzed and local structure around the defects determined. It is found that the defects vastly perturbs its neighborhood and the Cu and Ag themselves exhibit significant off-site dislocation from initial Li position in their Cu1+ and Ag1+ charge states, which becomes especially more pronounced for the Cu0 and Ag0 defects. Only the Cu2+ and Ag2+ centers stabilize at the substitutional Li site. Resulting defect formation energies demonstrate that the Cu1+, Cu0, Ag1+, and Ag0 centers are the most stable ones. Electronic structure calculations reveal that the Cu and Ag ions introduce their d- and s-states within the gap and their energies and occupation depend strongly on the charge state of the defect. Experimental optical absorption spectra are well reproduced by the Cu1+ and Ag1+ defects spectra, leading to the conclusion that in the as-grown material just Cu1+ and Ag1+ centers are formed. In the case of irradiated compound, present study predicts formation of the interstitial Cu0 defects, whose presence should significantly change the optical absorption and emission of the material, as well as demonstrates the presence of new absorption peaks associated with the interstitial Ag0 and substitutional Ag2+ centers, which reasonably describe the experimental spectrum. / As propriedades estruturais, eletrônicas, energéticas e ópticas do composto Li2B4O7 contendo os defeitos substitucionais Cu ou Ag foram investigadas por meio de cálculos de primeiros princípios ao nível da Teoria do Funcional da Densidade, utilizando-se o método LAPW implementado no código computacional Wien2k. Os efeitos de troca-correlação foram considerados usando-se o potencial modificado de Becke-Johnson (mBJ) e a aproximação do gradiente generalizado (GGA) na parametrização PBEsol. As células contendo os defeitos (Cu ou Ag) foram estudadas em quatro estados de carga diferentes (q = -1, 0, +1, +2) com o objetivo de simular situações de captura de elétrons ou de buracos. Em todos os casos, as posições atômicas foram relaxadas, a natureza das ligações Cu – O e Ag – O cuidadosamente analisada e as estruturas locais em torno dos defeitos determinadas. Verificou-se que os defeitos perturbam amplamente suas vizinhanças e que os centros Cu1+ e Ag1+ exibem um deslocamento significativo a partir da posição inicial do Li, que se torna ainda mais acentuado para os centros Cu0 e Ag0. Apenas os defeitos Cu2+ e Ag2+ se estabilizam no sítio substitucional do Li. Os resultados das energias de formação dos defeitos demonstraram que os centros Cu1+, Cu0, Ag1+ e Ag0 são os mais estáveis. Cálculos de estrutura eletrônica revelaram que as impurezas introduzem os estados d e s dentro do gap, cujas energias e ocupações dependem fortemente do estado de carga do defeito. Os espectros ópticos experimentais foram bem reproduzidos pelos espectros dos centros Cu1+ e Ag1+ calculados, levando-se à conclusão de que somente estes centros são formados no material não irradiado. Durante a irradiação do composto, o presente estudo prevê a formação dos centros intersticiais Cu0, fato que deve alterar significativamente a absorção e emissão óptica do material, bem como demonstra a presença de novos picos de absorção associados aos centros intersticiais Ag0 e substitucionais Ag2+, os quais descrevem razoavelmente bem o espectro experimental. / São Cristóvão, SE
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:ri.ufs.br:riufs/9117 |
| Date | 27 July 2018 |
| Creators | Santos, Cledson dos |
| Contributors | Lalic, Milan |
| Publisher | Pós-Graduação em Física, Universidade Federal de Sergipe |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFS, instname:Universidade Federal de Sergipe, instacron:UFS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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