Estudio teórico de las propiedades eléctricas y magnéticas de materiales de baja dimensionalidad basados en MX3 (M = Cr, Mo)(x = Cl, Br, I)

Abstract

Los materiales unidimensionales (1D) son el siguiente paso en la miniaturización de dispositivos electrónicos y de almacenamiento tras la irrupción de los materiales bidimensionales (2D). Sin embargo, entender sus propiedades eléctricas y magnéticas es un desafío, que puede ser abordado mediante cálculos teóricos como la teoría del funcional de la densidad (DFT). Los efectos cuánticos y de tamaño son clave para estudiar propiedades emergentes como superconductividad, magnetismo cuántico y transiciones de fase electrónicas, que pueden revolucionar aplicaciones tecnológicas. Para ello, es necesario desarrollar modelos teóricos y simulaciones computacionales que predigan estos comportamientos a escala atómica. Este trabajo estudia sistemas 1D de estructura MoX3 (M = Mo, Cr y X = Cl, Br, I), analizando sus propiedades electrónicas y magnéticas mediante DFT. Las estructuras de MoX3 muestran diferencias significativas en los enlaces Mo−Mo respecto a estructuras CrX3, siendo más dimerizadas las primeras. Todos los sistemas son semiconductores, sin embargo su ordenamiento magnético difiere entre las estructuras consideradas en este trabajo. Se investigan cinco órdenes magnéticos (AFM, AFM1, AFM2, FM y Hélice), buscando la geometría de menor energía para cada conformación y evaluando sus propiedades electricas ya magnéticas. Los materiales de molibdeno presentan un comportamiento antiferromagnético (AFM), pero la configuración de los espines depende del halógeno presente, con diferencias energéticas de hasta 1.5 eV entre configuraciones. En los sistemas basados en cromo, el comportamiento AFM es más débil, con diferencias energéticas de solo 0.3 eV, sin importar el halógeno o el ordenamiento de espines. Este estudio profundiza en el origen del comportamiento AFM mediante un modelo de intercambio de segundos vecinos. Nuestros resultados muetran la aparición de estados AFM helicoidales en sistemas basados en MoX3. Es esta la propuesta más notable de este trabajo y dichos resultados fueron publicados recientemente.