Studio ab initio delle proprietà strutturali, elettroniche e magnetiche di LaMnO₃

Le perovskiti a metalli di transizione rappresentano una famiglia di materiali di grande interesse scientifico e tecnologico a causa dell'ampia varietà di fenomeni fisici emergenti dall'accoppiamento tra gradi di libertà strutturali, elettronici e magnetici. In questa tesi vengono studiate, da un punto di vista computazionale, le proprietà fisiche della manganite di lantanio LaMnO₃, un isolante di Mott-Hubbard antiferromagnetico caratterizzato da distorsioni di tipo Jahn-Teller. Le simulazioni sono state condotte utilizzando il software VASP, impiegando sia la Density Functional Theory (DFT) standard sia il metodo DFT+U nella variante di Dudarev, al fine di valutare il ruolo della correlazione elettronica nella descrizione delle proprietà del materiale. I risultati mostrano che la DFT standard sottostima significativamente la distorsione Jahn-Teller, mentre la DFT+U la riproduce in ottimo accordo con i dati sperimentali per U ≃ 3.5–4 eV. L'introduzione di U incrementa l'energia di gap del 70–80% e, se si utilizza la struttura determinata sperimentalmente, fornisce valori compatibili con quelli misurati. Per quanto riguarda le proprietà magnetiche, entrambi i metodi mostrano difficoltà nel riprodurre la configurazione antiferromagnetica di tipo A dello stato fondamentale quando si utilizza la struttura completamente rilassata, mentre la DFT prevede correttamente l'ordinamento magnetico usando la struttura sperimentale. I risultati ottenuti confermano la profonda interconnessione tra i vari gradi di libertà di LaMnO₃ e la necessità di metodi più raffinati per una descrizione quantitativamente accurata del materiale.