Estudio de las propiedades electrónicas y magnéticas de metaloporfirinas

Abstract

En este trabajo fin de grado se estudian diferentes propiedades de tres metaloporfirinas, de hierro, cobalto y níquel, mediante cálculos ab initio. Las simulaciones se realizan con el software Vienna Ab Initio Simulation Package (VASP), que se basa en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). Con estos cálculos se pretende comparar y caracterizar diferentes estados para las tres metaloporfirinas, para lo cual se obtienen una serie de magnitudes: Un barrido de espín inicial permite obtener el momento magnético de los estados fundamental y excitados de las moléculas. Para cada estado, se obtienen la distancia promedio entre tipos de átomos, y la carga intercambiada por éstos. Se compara asimismo el momento magnético del metal con el de la molécula. Los resultados obtenidos muestran que principalmente la metaloporfirina de hierro presenta grandes diferencias en estos aspectos a las otras dos moléculas. Añadido a esto, para los estados fundamentales, se pretende calcular la orientación del momento magnético añadiendo el término espín órbita al hamiltoniano molecular empleado en las simulaciones. Se muestra cómo la molécula de níquel no tiene momento magnético, y en las otras dos hay una anisotropía magnética, que tiende a orientar el momento magnético dentro del plano. Además, esta anisotropía es mayor en la molécula de hierro. Por último, se realizan una serie de simulaciones relativas a dos tipos de ensamblaje de las metaloporfirinas en un sólido bidimensional.

In this final degree project different properties of metalloporpyhrins, of iron, copper and nickel, are studied, by means of ab initio calculations. These simulations are carried out with the Vienna Ab Initio Simulation Package (VASP) software, which lays its foundations on the Density Functional Theory (DFT). The aim of these calculations is to obtain and compare different states of the metalloporphyrines: A spin scan obtains the magnetic moment of the ground and excited states of each molecule. For each one of them, the average distance between different types of atoms is computed, as so is the charge transfer. Likewise, the magnetic moment of the molecule is compared to the one of the metal. The results show that the iron metalloporpyrin exhibits the mosts significant differences in these aspects to the other molecules. In addition, for the ground states the magnetic moment orientation is computed, adding the Spin-Orbit coupling to the molecule Hamiltonian used in the simulations. It is shown that the nickel molecule has no magnetic moment, while the other two exhibit magnetic anisotropy, which tends to align the magnetic moment with the molecular plane. Furthermore, the anisotropy is greater on the iron molecule. Finally, a series of simulations regarding two types of assembly of metalloporphyrines are performed, by building a two-dimensional solid.