Fonones ab initio para el cálculo de la conductividad térmica en TiO2

Abstract

En este proyecto de investigación se determinó la conductividad térmica del TiO2 en fase anatasa y rutilo, en función de las vibraciones de la red (fonones) a través de una ecuación tipo Klemens-Callaway y la ecuación de Boltzmann. Los modelos correspondientes utilizan la celda unitaria convencional característica de cada fase. Consiste de dos superceldas, una de 3×3×1 que contiene 108 átomos y otra de 2×2×2 con 48 átomos, para la anatasa y el rutilo, respectivamente. La optimización energética, se realizó empleando la aproximación de densidad local (LDA, por sus siglas en inglés), y el modelo del proyector de onda aumentada (PAW, por sus siglas en inglés). Las vibraciones de la red se obtuvieron mediante la Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT, por sus siglas en inglés), empleando la aproximación de fonón congelado, también conocida como aproximación de supercelda, además de la aproximación de repuesta lineal. Debido a que los materiales semiconductores constituyen un reto para los métodos de estructura electrónica, en este protocolo se pondrá énfasis en el nivel de teoría empleado (funcional de intercambio-correlación y funciones de base), así como en la validación de la dispersión fonónica a través de dos métodos de cálculo: la aproximación de supercelda y la respuesta lineal de la densidad electrónica. La contribución principal de este trabajo de maestría es el establecimiento de la relación explícita entre la conductividad térmica y las vibraciones de la red del dióxido de titanio calculadas mediante la DFT.