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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/25184
Tipo: Dissertação
Título: Comportamento ótico de monocamadas BxCyNz por primeiros príncipios
Autor(es): Oliveira, Fabiano Pereira de
Primeiro Orientador: Azevedo, Sérgio André Fontes
Resumo: Nos últimos anos a pesquisa em nanomateriais bidimensionais (2D) têm aumentado gradativamente. Dentre esses materiais, destacamos os que possuem propriedades estruturais semelhantes, mas com propriedades eletrônicas, óticas e magnéticas distintas, como o grafeno, um semicondutor de gap nulo (semimetal) e o nitreto de boro hexagonal (h-BN), um isolante com gap experimental em torno de 5,9 eV. Estes materiais têm sido o foco da nanotecnologia aos quais foram estudados em conjunto como base para novos nanomateriais com propriedades eletrônicas e óticas desejáveis. No entanto, para aplicações na eletrônica e optoeletrônica, como na fabricação de dispositivos semicondutores, e na produção de sensores, devem ter uma energia de gap no intervalo entre 1,0-3,3 eV no espectro visível. Sendo assim, é de extrema importância uma abertura de gap de energia no grafeno. Para esse propósito, diversos métodos teóricos e experimentais foram desenvolvidos, um destes é a dopagem do grafeno com h-BN que se mostrou eficaz e, como consequência, foram criadas nanoestruturas híbridas com propriedades intermediárias entre esses dois materiais. Nessa dissertação empregamos uma metodologia de primeiros princípios dentro da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para estudar as propriedades estruturais, eletrônicas e óticas, de vinte monocamadas BxCyNz. Essas monocamadas foram derivadas de uma camada de grafite com inserção de átomos de boro, carbono e nitrogênio em cada local, formando assim estruturas bidimensionais contendo oito átomos dispostos numa rede retangular e permitindo diferentes estequiometrias. Das estruturas investigadas, uma estrutura com estequiometria B3C2N3 apresentou ser a mais estável. Como também em nosso estudo foi observado que estruturas que têm o mesmo número de átomos de boro e nitrogênio apresentaram valores de gap eletrônico mais alto que as que não tem essa característica. Nas propriedades óticas, verificamos que estruturas do tipo BC2N emitem luz visível, mesmo nas com gap indireto. Das estruturas analisadas todas as estruturas com estequiometria B2CN se comportam como metálicas (condutoras). Em relação as propriedades eletrônicas, observamos que essas nanoestruturas apresentam modulação de gap de energia em um intervalo que vai de 0,0 eV (sistemas metálicos) a um valor máximo de 2,49 eV (semicondutores). Ademais, concluímos que nove das estruturas estudadas com estequiometrias BCN2, B2CN2, BC2N e B3C2N3 apresentam comportamento ótico no espectro visível.
Abstract: In recent years, research on two-dimensional (2D) nanomaterials has gradually increased. Among these materials, we highlight those that have similar structural properties, but with different electronic, optical and magnetic properties, such as graphene, a semiconductor of null gap (semimetal) and hexagonal boron nitride (h-BN), an insulator with experimental gap around 5.9 eV. These materials have been the focus of nanotechnology and were studied together as a basis for new nanomaterials with desirable electronic and optical properties. However, for applications in electronics and optoelectronics, such as in the manufacture of semiconductor devices, and in the production of sensors, they must have an gap energy in the range between 1.0-3.3 eV in the visible spectrum. Therefore, an opening energy gap in graphene is extremely important. For this purpose, several theoretical and experimental methods have been developed, one of these is the doping of graphene withh-BN which proved to be effective and, as consequence, hybrid nanostructures with intermediate properties between these two materials were created. In this dissertation we employ a methodology of first principles within the Density Functional Theory (DFT) to study the structural, electronic and optical, twenty BxCyNz monolayers. These monolayers were derived from a graphite layer with insertion of boron, carbon and nitrogen atoms in each location, thus forming two-dimensional structures containing eight atoms arranged in a rectangular lattice and allowing for different stoichiometries. Of the investigated structures, one structure with B3C2N3 stoichiometry to be the most stable. As also in our study it was observed that structures that have the same number of boron atoms and nitrogen showed higher electronic gap values than those that do not have this feature. In the optical properties, we verified that structures of the BC2N − type emit visible light, even in those with indirect gap. Of the analyzed structures, all structures with B2CN stoichiometry behave as metallic (conductive). In relation to electronic properties, we observed that these nanostructures show modulation of energy gap in a range from 0.0 eV (metallic systems) to a maximum value of 2.49 eV (semiconductors). Furthermore, we concluded that nine of the structures studied with BCN2,B2CN2, BC2N and B3C2N3 stoichiometry exhibit optical behavior in the visible spectrum.
Palavras-chave: Nanomateriais bidimensionais
Grafeno
Nitreto de Boro hexagonal(h- BN)
Primeiros princípios
Teoria do Funcional da Densidade (DFT)
Monocamadas BxCyNz
Estequiometria
Comportamento óptico
Espectro visível
Two-dimensional nanomaterials
Graphene
Hexagonal Boron Nitride(h-BN)
First principles
Density Functional Theory (DFT)
BxCyNz Monolayers
Stoichiometry
Optical behavior
Visible spectrum
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Física
Programa: Programa de Pós-Graduação em Física
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/25184
Data do documento: 30-Jul-2021
Aparece nas coleções:Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Física

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