ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO DE METALES CON HIDRÓGENO

LEON SANDOVAL, ANDREA MARICEL (2018)

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Tesis Pregrado

El hidrógeno como impureza liviana intersticial en metales magnéticos como Hierro (Fe),Cobalto (Co) y Níquel (Ni) ha sido de mucho interés, debido a los cambios que este produceen las propiedades magnéticas, electrónicas y estructurales en estos sistemas, bajo ciertascondiciones de presión y temperatura. El interés por el hidrógeno en materiales tambiénexiste por las aplicaciones de almacenamiento de energía. En esta tesis se analiza el comportamientomagnético que presentan los metales de Fe, Co y Ni hidrogenados. En estosanálisis se consideran las diferentes fases estructurales que han sido experimentalmentereportadas y los estudios se realizan en base a la teoría del funcional de la densidad. Loscálculos de primeros principios de la estructura electrónica se desarrollan con el programaVienna ab initio Simulation Package (VASP). Más especí&camente se discuten resultadosde cálculos de estabilidad estructural, estabilidad magnética, momento magnético, densidadde estados y densidad de carga, en los sistemas FeHx, CoHx y NiHx, para diferentesconcentraciones de hidrógeno (x). Los resultados obtenidos indican que hay dos factoresque determinan el comportamiento del momento magnético en los metales hidrogenados;por una parte está la transferencia electrónica desde el hidrógeno hacia el metal metal, loque normalmente tiende a llenar la banda minoritaria de espín, reduciendo así el momentomagnético del sistema. Por otra parte está el aumento del volumen causado por el hidrógenoen la matriz metálica, esto tiende a localizar los estados electrónicos, aumentando elmomento magnético del sistema. Como resultado de la superposición de ambos efectos, seobtiene &nalmente el cambio neto del momento magnético del metal hidrogenado.De&niendo adecuadamente la valencia efectiva del sistema MHx se muestra que el comportamientodel momento magnético por átomo metálico de los sistemas FeHx, CoHx y NiHx siguen la misma tendencia del momento magnético por átomo de aleaciones binariasmetálicas magnéticas. Es decir sigue la misma tendencia que se encuentran en la conocidacurva de Slater Pauling. Este resultado es analizado y discutido en base a modelos analíticosen este trabajo. Con ese objetivo hemos propuesto un modelo fenomenológico de Stoneradaptado a impurezas de hidrógeno en metales magnéticos, con el &n de modelar los cambiosdel momento magnético en las diferentes fases magnéticas encontrados a partir delos resultados de primeros principios. Con este modelo fenomenológico quedan claramenteexplicados las variaciones del momento magnético en función de la concentración dehidrógeno, logrando un buen acuerdo con los resultados experimentales y los obtenidos apartir de cálculos de primeros principios.