Transición semiconductor metal en monocalcogenuros de samario.

Abstract

En el presente trabajo se ha desarrollado un modelo para describir la transición Semiconductor-Metal en Monocalcogenuros de Samario, inducida con presión o químicamente. Se ha supuesto la coexistencia de dos tipos de estados distintos, unos localizados y fuertemente correlacionados, e itinerantes los otros. Los primeros del tipo 4f atómico, y los segundos se derivan de orbitales 6S y 5d. El desarrollo del trabajo ha sido el siguiente: En el capítulo I se han presentado las características principales de estos compuestos a través dé la exposición de los experimentos realizados. Se ha mostrado la existencia de una transición de valencia en base a ediciones de parámetro de red en función de presión, que indica una compresibilidad anómala; resultando una transición abrupta en el SmS; como también de resistividad en función de presión. Se comprobó la existencia de un estado de valencia intermedia en la fase metálica del SmS, ya sea estabilizado químicamente o con presión. Se han discutido finalmente los modelos y esquemas teóricos existentes, que tratan de describir el fenómeno. En el capítulo II, inicialmente se ha recapitulado la temodinámica del Modelo de Falicov y Kimball, sobre cuya base se desarrolló el presente esquema. Se presentó un Hamiltoniano modelo, y una nueva forma de describir los estados localizados altamente correlacionados que permite individualizar en forma más adecuada los estados relevantes al problema. Se incluyeron términos de energía elástica, función del volumen y de la ocupación del nivel localizado, que se desarrollaron a segundo orden en estos parámetros, lo que da una renormalización de los parámetros que intervienen en la energía electrónica. La introducción de la energía elástica nos ha habilitado para obtener la ecuación de estado del sistema. Para simplificar los cálculos, en esta primera etapa, se considera una densidad de estados de conducción constante, y se desprecia la contribución de los electrones de conducción a la entropía. Se ha obtenido así una descripción cualitativamente razonable de la transición en estos compuestos, del diagrama de fases, y de las propiedades de la fase semiconductora. No así de las de la fase metálica ya que las anomalías que se presentan en ella, características de un estado de valencia intermedia, se podrán explicar al considerar potenciales de hibridización, las cuales se han despreciado hasta el momento. En el Capítulo III se ha considerado una forma de banda de conducción más realista, como así mismo la dependencia del ancho de la misma, y del 10 Dq (separación de la banda 5d en dos subbandas por efecto del campo cristalino), con el volumen, como un mecanismo para explicar la disminución de la separación del nivel localizado al fondo de la banda, al disminuir el volumen. Esto ha permitido mejorar los resultados para el diagrama de fases, obteniéndose un valor del punto crítico en mejor acuerdo con lo estimado experimentalmente. Dentro de este esquema se han estudiado los sistemas mixtos relacionados: SmS, Se y 3+ 3+ 1-x x ' Sm- R S (donde R indica una tierra rara trivalente). Los resultados obtenidos son cualitativamente correctos, y señalar la importancia del tamaño de las impurezas de tierras raras trivalentes, para provocar la transición "química". En el Capítulo IV, finalmente, se ha analizado el efecto de la hibridización entre estados localizados y de conducción, aunque fundamentalmente en forma cualitativa. Sobre la base del mismo Hamiltoniano descripto en el Capítulo II se desarrolló un cálculo de perturbaciones termodinámicas, que permitieron obtener las correcciones, a segundo orden, de la energía libre, y por lo tanto de las propiedades físicas. Si bien los valores obtenidos se encuentran aún alejados de los experimentales, la tendencia mostrada es cualitativamente correcta. Para explicar la saturación de la susceptibilidad a T+0, en la fase metálica, se estudia el modelo de Anderson en el esquema de integrales funcionales, obteniéndose resultados que explican ese fenómeno, y permiten interpolar, dentro del límite de alta correlación, del límite magnético al no magnético, como función de la separación del nivel localizado a la energía de Fermi. Se estudió también el efecto de la hibridización sobre la densidad de estados del sistema, en dos esquemas distintos; uno correspondiente a analizar sitios no interactuantes, por lo cual nos hemos reducido a estudiar el problema de una sola impureza; y el otro utilizando los métodos de la teoría de sistemas desordenados. Los resultados obtenidos permiten destacar la importancia del término Coulombiano como mecanismo fundamental para producir transiciones de primer orden, ya que la hibridización tiende a hacer más lenta la transición. Así mismo permiten explicar, al menos cualitativamente, ciertos resultados experimentales de la fase metálica. En síntesis, se ha obtenido una descripción clara y cualitativamente correcta de la transición semiconductor-metal en monocalcogenuros de Samario.