Studio delle proprietà strutturali e vibrazionali dell’ossido di Tantalio amorfo

L’ossido di Tantalio (Ta2O5) trova impiego sia come rivestimento ottico sia nella fabbricazione di componenti elettronici e la forma più comune di tale materiale è quella amorfa. La mancanza di una configurazione strutturale ben definita rende più difficile lo studio delle proprietà dell’ossido di Tantalio. L’obbiettivo di questa tesi è fornire un modello atomistico di ossido di Tantalio amorfo e di determinarne la sua affidabilità simulando una serie di spettroscopie vibrazionali che saranno comparate con le corrispondenti misure sperimentali. Il modello strutturale sarà ottenuto tramite una simulazione di dinamica molecolare classica in cui l’ossido di Tantalio liquido viene raffreddato fino a solidificazione. Le proprietà vibrazionali e dielettriche verranno poi calcolate tramite il metodo della teoria del funzionale della densità (DFT). Per prima cosa si studierà l’uso del software di dinamica molecolare classica LAMMPS, ripetendo un esempio ben noto, in modo da ottenere un modello strutturale di silice amorfa (SiO2). Poi verrà utilizzato lo stesso procedimento per ottenere un modello di Ta2O5 amorfa contenente un centinaio di atomi. Per tale modello saranno calcolate la statistica degli anelli e le pair correlation functions in modo da fornire una caratterizzazione strutturale. Poi si userà il software Quantum-Espresso per le simulazioni DFT. Per prima cosa verranno trovate le posizioni atomiche a riposo e poi con il metodo delle differenze finite verrà calcolata la matrice dinamica la cui diagonalizzazione permette l’accesso ai modi e alle frequenze vibrazionali. Il metodo del campo elettrico finito sarà poi usato per calcolare proprietà dielettriche come il tensore dielettrico e gli accoppiamenti Raman e infrarosso. Questo darà accesso alla simulazione della funzione dielettrica macroscopica complessa e degli spettri Raman che saranno comparati con le controparti sperimentali.