Thesis:

Estudio del comportamiento magnético de Metales con hidrógeno

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 producen las propiedades magnéticas, electrónicas y estructurales en estos sistemas, bajo ciertas condiciones de presión y temperatura. El interés por el hidrógeno en materiales también existe por las aplicaciones de almacenamiento de energía. En esta tesis se analiza el comportamiento magnético que presentan los metales de Fe, Co y Ni hidrogenados. En estos análisis se consideran las diferentes fases estructurales que han sido experimentalmente reportadas y los estudios se realizan en base a la teoría del funcional de la densidad. Los cálculos de primeros principios de la estructura electrónica se desarrollan con el programa Vienna ab initio Simulation Package (VASP). Más específicamente se discuten resultados de cálculos de estabilidad estructural, estabilidad magnética, momento magnético, densidad de estados y densidad de carga, en los sistemas FeHx, CoHx y NiHx, para diferentes concentraciones de hidrógeno (x). Los resultados obtenidos indican que hay dos factores que determinan el comportamiento del momento magnético en los metales hidrogenados por una parte está la transferencia electrónica desde el hidrógeno hacia el metal metal, lo que normalmente tiende a llenar la banda minoritaria de espín, reduciendo así el momento magnético del sistema. Por otra parte está el aumento del volumen causado por el hidrógeno en la matriz metálica, esto tiende a localizar los estados electrónicos, aumentando el momento magnético del sistema. Como resultado de la superposición de ambos efectos, se obtiene finalmente el cambio neto del momento magnético del metal hidrogenado. Definiendo adecuadamente la valencia efectiva del sistema MHx se muestra que el comportamiento del momento magnético por átomo metálico de los sistemas FeHx, CoHx y NiHx siguen la misma tendencia del momento magnético por átomo de aleaciones binarias metálicas magnéticas. Es decir sigue la misma tendencia que se encuentran en la conocida curva de Slater Pauling. Este resultado es analizado y discutido en base a modelos analíticos en este trabajo. Con ese objetivo hemos propuesto un modelo fenomenológico de Stoner adaptado a impurezas de hidrógeno en metales magnéticos, con el &n de modelar los cambios del momento magnético en las diferentes fases magnéticas encontrados a partir delos resultados de primeros principios. Con este modelo fenomenológico quedan claramente explicados las variaciones del momento magnético en función de la concentración de hidrógeno, logrando un buen acuerdo con los resultados experimentales y los obtenidos a partir de cálculos de primeros principios.