Estudo teórico das propriedades eletrônicas e estruturais de nanotubos mistos de carbono e h-BN.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: BERNARDO, Guilherme Angelo Moreira.
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Campina Grande; Brasil; Centro de Ciências e Tecnologia - CCT; PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA; UFCG
• Palavras-chave em Português: Nanotubos mistos; Carbono; h-BN; Estrutura eletrônica; Estabilidade estrutural; Física da matéria condensada; Nanomateriais; Código SIESTA; Mixed nanotubes; Carbon; Electronic structure; Structural stability; Condensed matter physics; Nanomaterials; SIESTA code; Nanotubos mixtos; Carbón; Estructura electronica; Estabilidad estructural; Física de la materia condensada; Nanomateriales; Nanotubes mixtes; Carbone; Structure électronique; Stabilité structurelle; La physique de la matière condensée; Nanomatériaux; Code SIESTE; Física
• Link de acesso: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/23915

O estudo dos nanomateriais, tanto no âmbito teórico quando experimental, tem se mostrado cada vez mais recorrente na literatura, devido principalmente à grande gama de aplicações e aos avanços das técnicas de análise e sintetização destes materiais. Neste trabalho, investigamos, por meio de cálculos de primeiros princípios, as propriedades eletrônicas e estruturais de nanotubos mistos de paredes duplas de carbono e nitreto de boro hexagonal (h-BN), do tipo zigzag e armchair, com a adição de impurezas de carbono, boro e nitrogênio. Além disso, avaliamos como a aplicação de diferentes valores de campo elétrico, perpendicular e paralelo ao eixo de simetria dos nanotubos, modificaram a estrutura eletrônica do material. Tal análise foi realizada por meio do Código SIESTA, uma ferramenta computacional, que utiliza a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) como parâmetro para sua execução. Inicialmente, foram configurados quatro nanotubos mistos de paredes duplas, com diferentes arranjos coaxiais de carbono e h-BN, que definimos como nanotubos de base. A partir destes nanotubos, outros dezesseis foram confeccionados, no entanto, a estes foram adicionadas as impurezas. Desta forma, obtivemos oito nanoestruturas com impurezas do tipo P e oito do tipo N. A partir dos cálculos realizados no SIESTA foi possível a sistematização dos resultados referentes à energia de formação por átomo, a estrutura eletrônica de bandas, a densidade de estados e a polarização de spin de cada nanotubo. Nestes nanomateriais, observamos que a energia de formação por átomo aponta um padrão de estabilidade similar em todos os nanotubos, todavia, nanoestruturas mistas com tubos de carbono externos apresentaram maior estabilidade que quando arranjadas com nanotubos de h-BN fora. Quanto à polarização de spin, percebemos que os nanotubos de base não apresentaram diferença entre as cargas up e down, já os nanotubos com impurezas exibiram polarização de spin não nula, principalmente nas impurezas do tipo P, provocando magnetização nestes materiais. Observamos ainda que os diferentes valores de campo elétrico aplicados perpendicularmente ao eixo de simetria dos tubos contribuíram para o controle do gap, já campos aplicados paralelamente não modificaram a estrutura eletrônica de bandas dos nanotubos. Avaliamos ainda que a adição de átomos estranhos à rede intrínseca provocou o surgimento de estados eletrônicos na região do nível de Fermi, tanto na banda de valência, quanto na banda de condução, a depender da impureza introduzida na rede e que estas, quando associadas à aplicação do campo elétrico externo, potencializaram o surgimento de estados próximos ao nível de Fermi. Em suma, nossos dados mostram concordância com a literatura e evidenciam as propriedades insólitas destes nanomateriais.