First-principles studies of the electronic and mechanical properties of 𝛼-Al/𝛾-Al2O3(111) multilayer composite

Abstract

La fase γ-Alúmina (γ-Al2O3) se utiliza en las industrias electrónicas, automotrices y de catálisis debido a sus interesantes propiedades electrónicas y mecánicas. Estudios recientes encontraron que la multicapa α-Aluminio/γ-Alúmina (α-Al/γ-Al2O3) muestra una mejora de sus propiedades mecánicas en comparación con capas individuales. Sin embargo, la estructura atómica real de γ-Al2O3 es poco conocida y ha motivado una gran cantidad de estudios experimentales y teóricos. La presente investigación comenzó considerando la estructura sólida de γ-Al2O3 que ya se predijo utilizando la teoría del funcional de la densidad (DFT). Curiosamente, este modelo teórico predijo la descomposición de γ-Al2O3 (110) a nanofacetas (111) y esto ha sido verificado experimentalmente. El conocimiento sobre estas superficies se aplicó en la construcción de cuatro modelos atómicos para la multicapa α-Aluminio/γ-Alúmina. El estudio consideró la reconstrucción de la interface metal/óxido; cuya estructura se resolvió utilizando una simulación de recocido. Las propiedades electrónicas y mecánicas fueron calculadas para las estructuras multicapa más estables y se analizaron en base a los datos experimentales disponibles. Las propiedades electrónicas mostraron que el compuesto adquiere un comportamiento metálico. Las simulaciones presentadas en este trabajo predicen una mejora de las propiedades mecánicas en los modelos multicapa en buen acuerdo con los resultados experimentales.