Defeitos intrínsecos e oxidação em fosforeno: uma comparação sistemática com o grafeno - Albuquerque Filho, Marcelo Fábio Costa (2017)
O fosforeno, uma monocamada esfoliada do fósforo negro bulk, tem sido extensivamente estudado devido às suas notáveis propriedades eletrônicas e mecânicas e ao alto potencial para aplicação em dispositivos óptico-eletrônicos. Ele possui gap direto no ponto [gama] em torno de 1,0 eV [1]. Porém, esse material reage fortemente na presença de oxigênio e luz [2], degradando após um curto período de tempo. Ao contrário, o grafeno, monocamada esfoliada a partir do grafite, não reage a contaminantes ambientes tão facilmente. Além disso, o grafeno é um semi-metal de gap nulo e possui alta mobilidade de portadores de carga [3]. Após a síntese desses materiais, eles apresentam defeitos intrínsecos de caráter atômico [4, 5], podendo influenciar no processo de oxidação. Neste trabalho, realizamos um estudo sistemático sobre a estabilidade desses materiais, prístinos ou com defeitos, sujeitos à oxidação, a fim de entender como esse processo ocorre e se os defeitos são um fator importante nesse processo. Para isso, laçamos mão da teoria do funcional da densidade (DFT) [6], utilizando funcional PBE-GGA de troca e correlação eletrônica [7]. Fizemos cálculos com os materiais pristinos, fosforeno com 140 átomos de fósforo, e grafeno com 128 átomos de carbono, sujeitos à oxidação, bem como cálculos com esses materiais sujeitos a defeitos de Stone-Wales (SW), vacâncias simples (SV) e dupla (DV), com e sem incorporação do oxigênio. Para compreendermos como esses materiais oxidam e como essa incorporação ocorre, fizemos diversos cálculos de possíveis configurações em que isso poderia acontecer. Assim, foi possível ter o conhecimento de quais configurações são mais estáveis. Por meio de cálculos de energia de formação dos defeitos e da incorporação do oxigênio nos materiais, concluímos que a oxidação do fosforeno ocorre principalmente em sítios afastados dos defeitos intrínsecos, já que a presença destes defeitos intrínsecos não diminui de forma significativa a energia de formação. No caso do grafeno, só haverá oxidação considerável caso o material apresente alta densidade de defeitos intrínsecos, uma vez que a energia de formação para formar um defeito SV ou DV é bem maior que no caso do fosforeno