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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/11713
Registro completo de metadados
Campo DC | Valor | Idioma |
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dc.contributor.advisor | Souza Filho, Antonio Gomes de | - |
dc.contributor.author | Girão, Eduardo Costa | - |
dc.date.accessioned | 2015-04-29T17:49:23Z | - |
dc.date.available | 2015-04-29T17:49:23Z | - |
dc.date.issued | 2011 | - |
dc.identifier.citation | GIRÃO, E. C. Propriedades eletrônicas e de transporte de nanoestruturas de carbono. 2011. 227 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/11713 | - |
dc.description.abstract | As the miniaturization limit of the physical size of Si-based electronics is projected to be reached in a near future, solid-state alternatives must be investigated in the pursuit of further scaling down the effective operational device structures, while considering growingly important problems such as heat dissipation and noise associated with reduced dimensionality. In this quest, it is clear that semiconducting carbon nanosystems are solid front-runner candidates to compose the building blocks for devices at molecular and atomic scales. Graphene and carbon nanotubes are the most studied members of this class of structures which extends over a broad collection of systems. These carbon nanostructures present a wealth of promising physical and chemical properties which is reflected in the number of scientific works having these systems as focus [1]. Even though the science of carbon nanostructures has a long path ahead before reaching the shelves of stores after being transformed into technology, the scientific community has been walking fast towards the understanding and the control of such systems in order to shorten this gap. In this thesis we theoretically studied the electronic structure and transport properties of a number of carbon nanostructures, such as toroidal carbon nanosystems and complex assembled graphitic nanoribbons. Our electronic structure calculations are based on a tight-binding model including a Hubbard Hamiltonian to describe the influence of spin on the electronic states. The electronic transport properties were computed using the Landauer formalism and a Green’s function approach to determine the quantum transmission in nanoscaled systems. Part of these calculations were performed with computational packages developed specifically for this thesis. In particular, we developed an extension of an efficient algorithm to calculate the Green’s function on a parallel computational infrastructure. Carbon nanotori display specific electronic structure compared to carbon nanotubes, since this geometry imposes a supplemental degree of spatial confinement. As a consequence, additional conditions on the structure geometry have to be obeyed for a given torus to be metallic. Here we analyzed carbon nanotori from two different perspectives: two-terminal systems with a variable angle between the terminals and multi-terminal structures. These rings are potential systems for nanoelectronic application as their particular geometry allows the current to flow through the system along different electronic paths. This results in interesting transport properties dictated by electron interference effects which vary with the angle between the electrodes and the atomic details of the nanotorus-electrode junction. We showed that the presence of multi-terminals adds new features to the electronic transport on these tori as the number of possibilities for the electronic flow increases quickly with the number of electrodes. It turns out that the conductance is characterized by a set of resonant peaks which are related to specific electronic paths. These results are rationalized into a set of rules to determine the path for the electrical current as a function of the impinging electron energy. In the second part of the thesis we studied the physical properties of a class of complex graphitic nanoribbons that we called wiggles. The atomic structure of these wiggles can be described by a reduced set of factors since they can be built using straight carbon nanoribons as basic building blocks. We show that carbon nanowiggles present a broader set of electronic and magnetic properties in comparison to those of their constituents (graphene nanoribbons). This is mainly due to the formation of edge domains resulting from the successive repetition of parallel and oblique graphene nanoribbon sectors along the wiggle’s periodic direction. We demonstrate that carbon wiggles present multiple magnetic states which can be exploited to tune the physical properties of these systems. These different magnetic states lead to dissimilar electronic structure and transport properties for the wiggles so that the electronic current on these systems can be tuned by selecting specific values for the impinging electron energy as well as its spin and the wiggle’s magnetic state. These properties make carbon nanowiggles potential candidates as new nanodevices. Finally, we expect that the work reported in this thesis will constitute an important contribution to the investigation of the physical properties of carbon nanostructures. We show that carbon nanotori and nanowiggles present a series of new properties that can enable their use in nanoelectronics. As experimental studies on carbon nanomaterials have been developed at a fast pace, we project the findings presented in this thesis to be a great opportunity to confront theory and experiment in the proposal of new nanoscaled devices with specific electronic and transport properties. | - |
dc.language.iso | pt_BR | pt_BR |
dc.subject | Estrutura eletrônica | pt_BR |
dc.subject | Nanoestruturas | pt_BR |
dc.subject | Funções de Green | pt_BR |
dc.subject | Carbono | pt_BR |
dc.subject | Electronic structure | pt_BR |
dc.subject | Nanostructures | pt_BR |
dc.subject | Carbon | pt_BR |
dc.title | Propriedades eletrônicas e de transporte de nanoestruturas de carbono | pt_BR |
dc.type | Tese | pt_BR |
dc.contributor.co-advisor | Meunier, Vincent | - |
dc.description.abstract-ptbr | À medida que o limite de miniaturização da eletrônica baseada no silício aproxima-se do seu limite, alternativas em estado sólido devem ser investigadas na busca da diminuição da escala de tamanho de dispositivos operacionais, ao mesmo tempo em que se deve considerar problemas de crescente interessse como dissipação de calor e ruído associado com a baixa dimensionalidade. Nesta busca, já está claro que nanosistemas semicondutores de carbono são candidatos de primeiro pelotão para comporem os blocos básicos para dispositivos em escala atômica e molecular. Grafeno e nanotubos de carbono são os sistemas mais estudados desta classe de estruturas que se estende por uma vasta coleção de sistemas. Estas nanoestruturas de carbono apresentam uma riqueza de propriedades físicas e químicas que se reflete no enorme número de artigos científicos tendo esses sistemas como foco. Apesar de a ciência das nanoestruturas de carbono ainda ter um longo caminho pela frente antes de alcançar as prateleiras das lojas depois de ter sido transformada em tecnologia, a comunidade científica tem caminhado rapidamente no sentido de entender e controlar tais sistemas de modo a diminuir esta distância. Nesta tese nós realizamos um estudo teórico das propriedades eletrônicas e de transporte de um número de nanoestruturas de carbono, tais como nanosistemas toroidais e nanofitas de carbono de arranjo complexo. Nossos cálculos de estrutura eletrônica são baseados em um modelo tight-binding que inclui um Hamiltoniano de Hubbard para descrever a influência do spin sobre os estados eletrônicos. As propriedades de transporte eletrônico foram calculadas utilizando o formalismo de Landauer e o método de funções de Green para determinar a transmitância quântica em sistemas em nanoescala. Parte destes cálculos foram realizados com pacotes computacionais desenvolvidos especialmente para esta tese. Em particular, nós desenvolvemos uma extensão de um algorítmo eficiente para o cálculo de função de Green em uma infraestrutura computacional em paralelo. Nanotoroides de carbono apresentam estrutura eletrônica específica se comparados aos nanotubos de carbono, já que sua geometria impõe um grau suplementar de confinamento espacial. Como consequência, condições adicionais devem ser impostas à sua geometria para que a estrutura seja metálica. Aqui nos analizamos nanotoroides de carbono a partir de duas perspectivas diferentes: sistemas de dois terminais com um ângulo variável entre os eletrodos e estruturas de múltiplos terminais. Esses sistemas possuem potencial para serem aplicados em nanoeletrônica graças à sua geometria particular que permite que a corrente flua através do sistema por diferentes caminhos eletrônicos. Isso resulta em propriedades de transporte interessantes, as quais são ditadas por efeitos de interferência eletrônica que variam com o ângulo entre os eletrodos e com os detalhes da estrutura atômica da junção nanotoroide-terminal. Nós mostramos que a presença de múltiplos terminais acrescenta novos aspectos ao transporte eletrônico destes toroides já que o número de possibilidades para o fluxo eletrônico cresce rapidamente com o número de eletrodos. Observa-se que a condutância é caracterizada por um conjunto de picos resonantes que são relacionados com caminhos eletrônicos específicos. Estes resultados são racionalizados em termos de uma série de regras para se determinar o caminho para a corrente elétrica como uma função da energia do elétron incidente. Na segunda parte da tese, nós estudamos as propriedades físicas de uma classe de fitas de carbono as quais nós chamamos de fitas sinuosas (ou simplesmente wiggles, em inglês). A estrutura atômica destas wiggles pode ser descrita por um conjunto reduzido de fatores já que elas podem ser construídas utilizando-se fitas de carbono de borda reta como blocos básicos. Nós mostramos que essas wiggles de carbono apresentam um conjunto de propriedades eletrônicas e magnéticas ainda mais amplo quando comparadas com os seus constituintes básicos (fitas de carbono de borda reta). Isso é especialmente devido à formação de domínios nas bordas, resultantes da sucessiva repetição de setores de fitas retas paralelas e obliquas ao longo da direção periódica da wiggle. Nós demonstramos que as wiggles de carbono apresentam múltiplos estados magnéticos que podem ser explorados para se manipular as propriedades físicas desses sistemas. Estes diferentes estados magnéticos resultam em propriedades eletrônicas e de transporte distintas, de modo que a corrente eletrônica pode ser controlada pela escolha de valores específicos da energia do elétron incidente no sistema, assim do spin eletrônico e do estado magnético da wiggle. Essas propriedades tornam as nanowiggles potenciais candidatas para novas aplicações em nanodispositivos. Finalmente, nos esperamos que o trabalho apresentado nesta tese constitua uma importante contribuição para a investigação das propriedades físicas de nanoestruturas de carbono. Nós mostramos que nanotoroides e nanowiggles de carbono apresentam uma série de novas propriedades que podem tornar possível o seu uso em nanoeletrônica. À medida que estudos experimentais em nanomateriais de carbono têm sido desenvolvidos a passos largos, nós projetamos que os resultados apresentados nesta tese se tornarão uma ótima oportunidade para se confrontar teoria e experimento na proposta de novos dispositivos em nanoescala com propriedades eletrônicas e de transporte específicas. | pt_BR |
Aparece nas coleções: | DFI - Teses defendidas na UFC |
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