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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/55399
Type: | Tese |
Title: | Propriedades físicas de sistemas carbonosos com hibridização mista sp2 - sp3 |
Authors: | Vasconcelos, Fabrício Morais de |
Advisor: | Girão, Eduardo Costa |
Co-advisor: | Souza Filho, Antônio Gomes de |
Keywords: | Grafeno;Semicondutores;Teoria do Funcional da Densidade;Tetragrafeno;Nanofitas de Tetragrafeno;Nanotubos de Tetragrafeno |
Issue Date: | 2020 |
Citation: | Vasconcelos, F. M. Propriedades físicas de sistemas carbonosos com hibridização mista sp2 - sp3. 121f. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | A busca por modificações físicas e químicas do grafeno, com o intuito de ajustar suas propriedades eletrônicas, tem estimulado o estudo de novas formas alotrópicas de carbono, incluindo exemplos com hibridizações sp, sp 2 ou sp 3 . Recentemente, diversos alótropos de carbono apresentando combinações de diferentes hibridizações foram propostos e investigados. Neste estudo, nós propomos uma nova classe de nanoestruturas de carbono quasi-2D com hibridização mista sp 2 − sp 3 . Essa classe de alótropos contêm anéis hexagonais e quadrados, exibindo comportamentos metálicos ou semicondutores dependendo dos parâmetros estruturais que definem a estrutura. A chave para a manipulação das propriedades físicas desses sistemas é a extensão da sua seção grafítica. Ao variarmos o tamanho desse setor, surgem propriedades notáveis, como cones de Dirac que são permitidos pelo acoplamento entre os diferentes setores tipo grafeno do sistema, mediado por átomos de carbono tetra-coordenados. Como largamente relatado na literatura, sistemas quasi-1D baseados no carbono podem apresentar propriedades significativamente diferentes do correspondente sistema “bulk”. Motivados por esse fato, nós também investigamos as propriedades eletrônicas das nanofitas baseadas nesses sistemas de hibridização mista por métodos teóricos. Mostramos como a estrutura eletrônica dessas nanofitas depende da quiralidade, largura e dos detalhes da reconstrução das bordas. Além disso, prevemos a existência de diferentes estados de hibridização nas bordas, a modulação do gap de energia e o surgimento de estados de polarização de spin, demonstrando um conjunto de comportamentos eletrônicos versáteis. Tais resultados sugerem que essas nanofitas podem ser protótipos para futuras aplicações em nanoeletrônica. Também investigamos, por meio de cálculos teóricos, as propriedades eletrônicas de duas classes de nanotubos baseados neste novo alótropo 2D. Mostramos que todos os tubos são semicondutores e que a modulação do gap de energia pode ser obtida variando o diâmetro dos mesmos. Através das propriedades fundamentais, apontamos aspectos que sugerem a viabilidade experimental dos sistemas estudados. |
Abstract: | The search for physical and chemical modifications of graphene, in order to tune its electronic properties, stimulated the study of new allotropic forms of carbon with sp, sp 2 or sp 3 hybridizations. Recently, several carbon allotropes showing combinations of different hybridizations have been proposed and investigated. In this study, we propose a new class of quasi-2D carbon nanostructures with mixed sp2 – sp3 hybridization. This class of allotropes contains hexagonal and square rings, exhibiting metallic or semiconductor behaviors depending on the structural parameters that define the structure. The key to manipulate their physical properties is the extension of their graphitic section. As we vary this characteristic, remarkable properties emerge, such as Dirac cones that are allowed by the coupling between the different graphene-like sectors of the system, as mediated by tetra-coordinated carbon atoms. As widely reported in the literature, carbon-based quasi-1D systems can have properties notably different from the corresponding bulk system. Motivated by this fact, we by using theoretical methods investigated the electronic properties of nanoribbons base on these system with mixed hibridizations. We show how the electronic structure of these nanoribbons depend on the chirality, width and details of edge reconstruction. In addition, we predict the existence of different hybridization states at the edges, the modulation of the gap energy and the appearance of spin polarized states, demonstrating a set of versatile electronic behaviors. Our results suggest that these ribbons can be prototypes for future applications in nanoelectronics. We have also investigated, through theoretical calculations, the electronic properties of two classes of corresponding nanotubes. We show that all systems are semiconductors and that gap energy modulation can be obtained by varying the diameter of the nanotubes. Through fundamental properties, we point out aspects that suggest the experimental viability of the studied systems. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/55399 |
Appears in Collections: | DFI - Teses defendidas na UFC |
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