Investigação ab initio de fases supercondutoras e topológicas em dicalcogenetos de metais de transição

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Ferreira, Pedro Pires
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Density Functional Theory; Dicalcogenetos de metais de transição; Dirac semimetal; Electronic structure; Estrutura eletrônica; Semimetal de Dirac; Superconductivity; Supercondutividade; Teoria do Funcional da Densidade; Topologia; Topology; Transition metal dichalcogenides
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97135/tde-05082021-174450/

A corrida para aprimorar e descobrir novos materiais supercondutores e topológicos -- seja para mapear o campo magnético gerado pela atividade cerebral ou dar início à era da computação quântica, em aplicações de ponta -- tem sido um dos maiores desafios científicos da nossa década. Sob esse cenário, a presente dissertação tem como objetivo investigar a estrutura eletrônica e as propriedades topológicas de dicalcogenetos de metais de transição de protótipo CdI2 utilizando cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Nossos cálculos revelam que o NiTe2 é um semimetal de Dirac do tipo-II, abrigando excitações eletrônicas sem massa com quebra da invariância de Lorentz, assim, altamente dependentes da direção dentro da zona de Brillouin. A topologia não-trivial desse sistema pode ser atribuída à dispersão dos orbitais p dos átomos de telúrio sob os efeitos da interação spin-órbita e do campo cristalino trigonal. Demonstramos, ainda, que as quasipartículas pseudo relativísticas, emergentes do sistema, podem ser controladas, com precisão, através de pequenas deformações em sua estrutura e da dopagem de metais alcalinos, abrindo caminho para novas fenomenologias, transições do estado quântico (como fases semimetálicas híbridas do tipo-I e tipo-II e transições de Lifshitz), e dispositivos eletrônicos baseados no grau de liberdade de spin. O ZrTe2, de mesmo protótipo, também revela uma fase semimetálica topológica derivada do cruzamento entre bandas com diferentes representações irredutíveis e a formação de um gap não-trivial -- este último conduzido por um mecanismo de inversão de paridades induzido pela quebra de degenerescência dos estados eletrônicos sob a ação do acoplamento spin-órbita. A dispersão eletrônica, concentração e localização dos hole-pockets e electron-pockets nos pontos de alta simetria da primeira zona de Brillouin do ZrTe2 suportam uma competição entre fases CDW (por meio de uma condensação excitônica) e supercondutora na superfície de Fermi. Adicionalmente, nossos cálculos indicam que intercalação de metais de transição entre as camadas de Te alteram significativamente a estrutura eletrônica e a hibridização dos estados de baixa energia, manipulando, assim, os diferentes estados eletrônicos emergentes do sistema ZrTe2.