High-throughput DFT calculations of Jakobssonite: a new family of 1D perovskite

High-throughput DFT calculations of Jakobssonite: a new family of 1D perovskite

• Autor
• Henrique Ferreira
• Co-autores
• José Antonio Souza , Gustavo Martini Dalpian
• Resumo

• A Jakobssonita é um mineral vulcânico de fórmula química CaAlF5 que possui um band gap de aproximadamente 7eV e já foi sintetizada em laboratório [1]. Sua estrutura é formada por octaedros de AlF6 que estão conectados em uma única direção cristalográfica [2], qualificando essas estruturas como perovskitas 1D [3]. Neste trabalho realizamos a busca por novos compostos estáveis pertencentes a esta família de materiais, utilizando uma abordagem de similaridade química na qual os elementos químicos do mesmo período foram trocados na estrutura original. Dessa forma, realizamos cálculos high-throughput de primeiros princípios de teoria do funcional da densidade (DFT) para cada um desses novos compostos de fórmula ABC5, onde A representa os metais alcalinos terrosos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba), B os elementos do grupo do boro (B, Al, Ga, In, Tl) e C os halogêneos (F, Cl, Br, I). Determinamos a energia de formação e a estrutura de bandas eletrônica para cada um desses materiais e comparamos nossos resultados com predições realizados por técnicas de aprendizado de máquina.

  Jakobssonite is a volcano mineral with chemical formula CaAlF5. It has a wide band gap of 7eV and has been successfully synthesized in the laboratory [1]. Its structure is formed by AlF6 octahedra, that are connected in one crystallographic direction[2], qualifying this structure as an 1D perovskite [3]. In this work we search for new stable compounds that belong to this family by using a high throughput chemical similarity approach, where elements in the same period of the periodic table are used as exchange atoms in the structure. We performed high-throughput ab initio density functional theory (DFT) calculations of compounds with ABC5 formula, where A was changed by another alkaline earth metals (Be, Mg, Ca, Sr, Ba), B by another elements of the boron group (B, Al, Ga, In, Tl) and C by another halogen (F, Cl, Br, I). We calculated the formation energy and electronic band structure for each of these materials, and compared our results with predictions made by machine learning techniques.

  [1]  T. Balic-Zunic and A. Garavelli and D. Mitolo and P. Acquafredda and E. Leonardsen. Jakobssonite, CaAlF5, a new mineral from fumaroles at the Eldfell and Hekla volcanoes, Iceland. Mineralogical Magazine, 76, 751–760, (2012).

  [2]  P. Hagenmuller, ed., Inorganic Solid Fluorides (Elsevier, 1985).

  [3]  Searching for promising new perovskite-based photovoltaic absorbers: the importance of electronic dimensionality,

   

• Palavras-chave
• DFT, high-throughput, materials informatics, jakbossonite, 1D perovskite
• Modalidade
• Comunicação oral
• Área Temática
• Nanociências & Nanotecnologia