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A first-principles study of the piezoelectric properties of Niobium and Tantalum Pentoxides

Propiedades piezoeléctricas del Pentóxido de Niobio y Pentóxido de Tantalio: un estudio desde primeros principios: un estudio desde primeros principios

dc.creatorGiraldo-Giraldo, Olga M.
dc.creatorPérez-Walton, Santiago
dc.creatorOsorio-Guillén, Jorge M.
dc.date2017-09-04
dc.date.accessioned2021-03-18T21:06:47Z
dc.date.available2021-03-18T21:06:47Z
dc.identifierhttps://revistas.itm.edu.co/index.php/tecnologicas/article/view/704
dc.identifier10.22430/22565337.704
dc.identifier.urihttp://test.repositoriodigital.com:8080/handle/123456789/11701
dc.descriptionNb2O5 and Ta2O5 are wide-bandgap semiconductor oxides that have attracted great interest in recent years due to their technological applications, such as in electronics, telecommunications or photocatalysis. Because of this, we present a study based on first-principles calculations of the piezoelectric properties of the Z and β phases of Ta2O5 as well as the Z and P phases of Nb2O5 by using the Density Functional Theory and the Generalized Gradient Approximation with PBEsol parameterization. Once the equilibrium geometry was determined for each of these phases, we made a calculation using the linear response theory to determine the piezoelectric tensor associated with each phase. We discovered that the Z phase of both compounds presents good piezoelectric response. Additionally, β-Ta2O5 does not show such response.en-US
dc.descriptionNb2O5 y Ta2O5 son óxidos semiconductores de brecha ancha, los cuales en los últimos años han despertado gran interés debido a sus múltiples aplicaciones tecnológicas, ya sea en electrónica, telecomunicaciones o fotocatálisis. Por estas razones, en este trabajo presentamos un estudio a partir de cálculos de primeros principios de las propiedades piezoeléctricas de las fases Z y β de Ta2O5, y de las fases Z y P de Nb2O5 utilizado la teoría de los funcionales de la densidad y la aproximación del gradiente, generalizado con la parametrización PBEsol. Una vez determinada la geometría de equilibrio para cada una de estas fases, realizamos un cálculo utilizando respuesta lineal para determinar el tensor piezoeléctrico asociado a cada una de estas fases, encontrando que la fase Z para ambos compuestos presenta una buena respuesta piezoeléctrica. Adicionalmente, encontramos que la fase β-Ta2O5 no presenta respuesta piezoeléctrica.es-ES
dc.formatapplication/pdf
dc.languagespa
dc.publisherInstituto Tecnológico Metropolitano (ITM)en-US
dc.relationhttps://revistas.itm.edu.co/index.php/tecnologicas/article/view/704/685
dc.relation/*ref*/O. F. Lopes, V. R. de Mendonça, F. B. F. Silva, E. C. Paris, and C. Ribeiro, “Nio-bium Oxides: An Overview of synthesis of Nb2O5 and its application in heterogeneous photocatalysis,” Quim. Nova, vol. 38, p. 1, 2014. [2] Y. Nakagawa and T. Okada, “Material con-stants of new piezoelectric Ta2O5 thin films,” J. Appl. Phys., vol. 68, no. 2, pp. 556–559, Jul. 1990. [3] C. Valencia-Balvín, S. Pérez-Walton, G. M. Dalpian, and J. M. Osorio-Guillén, “First-principles equation of state and phase stabil-ity of niobium pentoxide,” Comput. Mater. Sci., vol. 81, pp. 133–140, Jan. 2014. [4] S. Pérez-Walton, C. Valencia-Balvín, A. C. M. Padilha, G. M. Dalpian, and J. M. Osorio-Guillén, “A search for the ground state struc-ture and the phase stability of tantalum pentoxide,” J. Phys. Condens. Matter, vol. 28, no. 3, p. 35801, Jan. 2016. [5] I. P. Zibrov, V. P. Filonenko, P.-E. Werner, B.-O. Marinder, and M. Sundberg, “A New High-Pressure Modification of Nb2O5,” J. Solid State Chem., vol. 141, no. 1, pp. 205–211, Nov. 1998. [6] I. P. Zibrov, V. P. Filonenko, M. Sundberg, and P.-E. Werner, “Structures and phase transi-tions of B-Ta2O5 and Z-Ta2O5: two high-pressure forms of Ta2O5,” Acta Crystallogr. Sect. B Struct. Sci., vol. 56, no. 4, pp. 659–665, Aug. 2000. [7] R. Ramprasad, “First principles study of oxygen vacancy defects in tantalum pentox-ide,” J. Appl. Phys., vol. 94, no. 9, pp. 5609–5612, Nov. 2003. [8] X. Wu, D. Vanderbilt, and D. R. Hamann, “Systematic treatment of displacements, strains, and electric fields in density-functional perturbation theory,” Phys. Rev. B, vol. 72, no. 3, p. 35105, Jul. 2005. [9] M. Audier, B. Chenevier, H. Roussel, L. Vin-cent, A. Peña, and A. Lintanf Salaün, “A very promising piezoelectric property of Ta2O5 thin films. II: Birefringence and piezoelectricity,” J. Solid State Chem., vol. 184, no. 8, pp. 2033–2040, Aug. 2011. [10] M. Audier, B. Chenevier, H. Roussel, L. Vin-cent, A. Peña, and A. Lintanf Salaün, “A very promising piezoelectric property of Ta2O5 thin films. I: Monoclinic–trigonal phase transi-tion,” J. Solid State Chem., vol. 184, no. 8, pp. 2023–2032, Aug. 2011. [11] C. Kane and J. Moore, “Topological insula-tors,” Phys. World, vol. 24, no. 2, pp. 32–36, Feb. 2011. [12] D. B. C Goringe and E. Hernandez, “Tight-binding modelling of materials,” Rep. Prog. Phys., vol. 60, pp. 1447–1512, 1997. [13] A. L. Kholkin, N. A. Pertsev, and A. V Goltsev, “Piezoelectricity and Crystal Symmetry,” in Piezoelectric and Acoustic Materials for Trans-ducer Applications, Boston, MA: Springer US, 2008, pp. 17–38. [14] R. E. Newnham, Properties of materials. Ox-ford University Press New York, 2005. [15] W. Voigt, Lehrbuch der Kristallphysik. Wies-baden: Vieweg+Teubner Verlag, 1966. [16] J. P. Perdew, A. Ruzsinszky, L. A. Constantin, J. Sun, and G. I. Csonka, “Some Fundamental Issues in Ground-State Density Functional Theory: A Guide for the Perplexed,” J. Chem. Theory Comput., vol. 5, no. 4, pp. 902–908, Apr. 2009. [17] A. M.-A. W Espinosa-García and J. M. Osorio-Guillén, “Electronic properties of the sulvanite compounds: Cu3TMS4 (TM= V, Nb, Ta),” Rev. Colomb. Física, vol. 40, pp. 36–39, 2008. [18] J. P. Perdew, A. Ruzsinszky, G. I. Csonka, O. A. Vydrov, G. E. Scuseria, L. A. Constantin, X. Zhou, and K. Burke, “Restoring the Density-Gradient Expansion for Exchange in Solids and Surfaces,” Phys. Rev. Lett., vol. 100, no. 13, p. 136406, Apr. 2008. [19] P. E. Blöchl, “Projector augmented-wave method,” Phys. Rev. B, vol. 50, no. 24, pp. 17953–17979, Dec. 1994. [20] G. Kresse and D. Joubert, “From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method,” Phys. Rev. B, vol. 59, no. 3, pp. 1758–1775, Jan. 1999. [21] G. Kresse and J. Furthmüller, “Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set,” Phys. Rev. B, vol. 54, no. 16, pp. 11169–11186, Oct. 1996. [22] P. Giannozzi and S. Baroni, “Density-Functional Perturbation Theory,” in Hand-book of Materials Modeling, Dordrecht: Spring-er Netherlands, 2005, pp. 195–214. [23] C. M. R. y Jorge M Osorio-Guillén, “Estudio teórico de las propiedades elásticas de los mi-nerales Cu3TMSe4 (TM = V, Nb, Ta) por medio de cálculos atomísticos de primeros-principios,” ing. cienc., vol. 7, no. 1, pp. 1644–1650, 2011.
dc.rightshttps://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.es_ESen-US
dc.sourceTecnoLógicas; Vol. 20 No. 40 (2017); 43-51en-US
dc.sourceTecnoLógicas; Vol. 20 Núm. 40 (2017); 43-51es-ES
dc.source2256-5337
dc.source0123-7799
dc.subjectPiezoelectricity,en-US
dc.subjectwide-bandgap semiconductorsen-US
dc.subjectNb2O5, Ta2O5en-US
dc.subjectirst-principles.en-US
dc.subjectPiezoelectricidades-ES
dc.subjectsemiconductores de brecha anchaes-ES
dc.subjectNb2O5, Ta2O5es-ES
dc.subjectprimeros principioses-ES
dc.titleA first-principles study of the piezoelectric properties of Niobium and Tantalum Pentoxidesen-US
dc.titlePropiedades piezoeléctricas del Pentóxido de Niobio y Pentóxido de Tantalio: un estudio desde primeros principios: un estudio desde primeros principioses-ES
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/article
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.typeResearch Papersen-US
dc.typeArtículos de investigaciónes-ES


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