Dissertação de Mestrado #646 – Bruno Cucco – 21/08/2020

Neste trabalho foram investigadas as propriedades eletrônicas e topológicas do mineral Pt_{2}HgSe_{3}, conhecido como Jacutingaita, e também de materiais derivados deste como Ir_{2}HgSe_{3}, Co_{2}HgSe_{3}, Ni_{2}HgSe_{3} entre outros com concentrações menores de  Ir, Co e Ni. O estudo foi realizado no âmbito da Teoria do Funcional da Densidade(DFT) com o objetivo de determinar as propriedades do estado fundamental dos materiais propostos.

A Jacutingaita possui uma superfície de Fermi extremamente rica, por este motivo foram realizadas dopagens eletrônicas com elétrons e buracos por célula unitária afim de variar o nível de Fermi e verificar a ocorrência de uma possível instabilidade no sistema 3D. Nossos resultados mostram que estas dopagens afetam o gap nos pontos de alta simetria K e H quando comparados com a Jacutingaita em sua forma natural. Em especial para as dopagens negativas(com elétrons) observa-se uma diminuição de até três vezes no gap do ponto H, no caso das dopagens positivas(com buracos) observa-se um aumento dos pockets de elétrons no nível de Fermi. Além disso a dopagem +0.01 não apresentou inversão de bandas, indicando que este perdeu sua característica topológica devido a retirada de cargas do sistema.

Foram também realizadas substituições atômicas das duas espécies de platina por outros metais como níquel, irídio e cobalto. As propriedades eletrônicas, estruturais e topológicas desses sistemas foram investigadas, e além disso para os materiais mais promissores foi gerado uma hamiltoniana tight-binding tipo Kane-Mele onde as respectivas estruturas de banda das bordas, invariantes Z_{2} e funções espectrais foram obtidas. Nossos resultados mostram uma destruição da fase topológica devido ao magnetismo para as substituições de níquel em certos sítios de platina, e além disso para o material não-magnético observa-se o surgimento de canais nas borda de origem não topológica.

Constatamos que o material proposto Ir_{2}HgSe_{3} perde sua característica topológica devido as substituições de platina por irídio. Porém através de um estudo das simetrias da zona de Brillouin deste material mostramos que este pode ter sua fase topológica restaurada através do stress físico da estrutura. As respectivas estruturas de banda, densidade de estados, invariante Z_{2} e funções espectrais também foram obtidas.