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metadata.dc.type: Tese
Title: Estudo teórico de nanocones e monocamadas dopadas com gálio
metadata.dc.creator: Alves Júnior, Elias Brito
metadata.dc.contributor.advisor1: Azevedo, Sérgio André Fontes
metadata.dc.description.resumo: Os recentes avanços na tecnologia, em particular, a nanotecnologia levaram à novas investigações no meio científico e contribuem para novas descobertas sobre a natureza. No presente trabalho, apresentamos algumas investigações que são consequência desses avanços. Inicialmente nós investigamos o comportamento entre dois nanocones que interagem entre si sobrepostos. Primeiramente nós estudamos nanocones de carbono, que são derivados do fulereno e usados como tampas de nanotubos, mas com diversas aplicações quando sintetizados individualmente. O capítulo sobre os nanocones de carbono é composto pela investigação da estabilidade energética entre dois nanocones com desclinações iguais e uma composição entre dois nanocones de desclinações diferentes com o objetivo de encontrar a distância ideal entre esses cones sobrepostos. Além disso, rotacionamos o cone superior em ângulos específicos, que geram o padrão de Moiré para entendermos a influência da rotação sobre os estados eletrônicos. Foi identificado que as configurações rotacionadas são mais estáveis que as que não apresentam rotação. Isso ocorre devido à semelhança dos cones rotacionados à configuração Bernal do grafite, o que leva a uma maior estabilidade. No capítulo sobre os nanocones híbridos, calculamos as mesmas propriedades para os nanocones de carbono, porém, com as características específicas dos nanocones que envolvem átomos de boro, nitrogênio e carbono, o que dá um caráter de isolante aos cones. Todas configurações apresentam diferentes átomos na linha de defeito dos cones e esse fator é responsável por alterar sua energia de formação, de interação e seus estados eletrônicos, principalmente na região do gap. Os nanocones de paredes duplas com defeitos formados totalmente por átomos de boro ou nitrogênio são mais estáveis quando estas linhas estão mais afastadas, ou seja, quando há rotação. De forma contrária, para os que possuem em sua linha de defeito carbono e nitrogênio e uma composição entre boro e nitrogênio possuem maior estabilidade aos sem rotação, o que garante uma maior interação entre esses átomos. O capítulo seguinte aborda os efeitos da dopagem de átomos de gálio em monocamadas de grafeno. Nós dopamos com diferentes concentrações e vimos que em relação a estabilidade, há uma diferença entre a dopagem com números ímpares e pares de átomos de gálio. A presença de diferentes números de gálio em cada sub-rede do grafeno distorce de forma diferente a super-célula, o que afeta diretamente as propriedades eletrônicas. A dopagem com números ímpares mantém o caráter metálico, com estados cruzando o nível de Fermi, enquanto que a dopagem com números pares causa a abertura do gap, dando o caráter de semicondutor. Para as propriedades ópticas calculadas, a dopagem com átomos de gálio reduz a absorção e condutividade nas regiões infravermelhoeultravioleta,oquegaranteumaformadecontroledessaspropriedadescompoucos átomos. Por fim, dopamos com átomos de gálio uma monocamada de nitreto de boro. Por meio do algoritmo de recozimento simulado, a cada substituição de átomos de gálio, ligações monoatômicas B-B e N-N surgiram e essas ligações afetam diretamente as propriedades das monocamadas. As distorções causadas pela dopagem afetam principalmente quando substituímos os átomos de nitrogênio e os pares B-N por átomos de gálio, já que para números maiores que 1 átomo, houve dissociação do gálio da monocamada. Quando a substituição ocorreu com átomos de boro, foi possível aumentarmos linearmente a dopagem com átomos de gálio. As propriedades eletrônicas foram afetadas com a redução do gap devido ao surgimento de estados nesta região devido a essas ligações monoatômicas. Para as propriedades ópticas, estados surgiram na região do visível, o que mostra a influência dessas ligações refeitas devido ao algoritmo de recozimento simulado
Abstract: The recent advances in technology, in particular the nanotechnology, lead to the new investigations in the cientific enviroment and contribute toe new ways to investigate the nature. In the present work, we show some investigations that are consequences of theses advances. First of all, we investigate the behavior between two nanocones that have interactions. Initially we study the carbon nanocones, that derived from fullerene and used as nanotube caps, but with many applications when sinthetize individually. The chapter about carbon nanocones is composed by investigation of the energetic stability between two nanocones with same disclination angle and a composition of two nanocones with different disclination swith the goal to find the ideal distance between this cones overlapping. Beyond that, we rotated the upper cone with specific angles, that generate the Moire pattern to investigate the influence of rotation over the electronic states. It was identified that the rotated configurations rather most stable than not rotated. This occurs because this cones are similar to the Bernal stacked graphite. In the chapter about the hybrid nanocones, we calculated the sames properties from carbon nanocones, however, with the specific features of the nancones that involve the boron,nitrogenand carbon atoms, what gives the insulating character to the cones. All configurations showed different atoms on the defect line and this factor is responsible to change the formation energy, interaction energy and the electronic states, mainly on the gap region. The double-walled nanocones with only nitrogen or boron atoms on the defect line as most stable when we rotated the upper cone. This is due the greater distance between the atoms located on the defect line. To the Otherwise, the configurations with carbon and the composition between boron and nitrogen has most stability without rotation, and this garantee more interaction between these atoms. The following chapter approaches the effects of dopping with gallium atoms in graphene monolayers. We use different concentrations and the stability showed a different behavior when odd numbers or even numbers of gallium atoms was putted in the structure. The presence of different numbers of gallium atoms in each sub-lattice of graphene deforms the different way the supercell. This affect directly the electronic properties. The odd numbers of gallium atoms keeps the metallic character, with states crossing the Fermi Level, while the even numbers to dopping open the gap, leading to the semiconductor behavior. To the calculated optical properties, the dopping with gallium atoms reduces the optical absorption and conductivity on the infrared and ultraviolet region, what garantee the control with a few atoms. Finally, we dopped a monolayer ofh-BN with gallium atoms. Through the simulated annealing algorithm, each process with different gallium atoms, monotomic bonds like B-B and N-N arises and this bonds affects directly the properties. The distortions suffered with the dopping affects mainly the substitution the nitrogen and the B-N pair to the gallium atoms, that leads the dissociation of the monolayer. When we substitute the gallium to the boron, we growing linearly the numbers of the Ga. The electronic properties was affected with reduction of the gap due the states that arise on this region due the monotomic bonds. For the optical properties, states on the visible region arises, what shows the influence of this bonds due the simulated annealing algorithm.
Keywords: Nanocones
DFT
Grafeno
H-BN
Algoritmoderecozimento simulado
Moiré
Defeitos
Dopagem
Graphene
Simulated annealing algorithm
Moire
Defects
Dopping
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal da Paraíba
metadata.dc.publisher.initials: UFPB
metadata.dc.publisher.department: Física
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/12785
Issue Date: 28-Jul-2017
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