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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85072| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Effects of strain in α − T3 lattice and its nanoribbons |
| Autor(es): | Barbosa, Emanoel Messias de Lima |
| Orientador: | Farias, Gil de Aquino |
| Palavras-chave em português: | Propriedades eletrônicas;Tight-binding;Rede α − T3;Nanofitas;Deformação |
| Palavras-chave em inglês: | Electronic properties;Tight-binding;α − T3 lattice;Nanoribbons;Strain |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA |
| Data do documento: | 2025 |
| Citação: | BARBOSA, Emanoel Messias de Lima. Effects of strain in α − T3 lattice and its nanoribbons. 2025. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025. |
| Resumo: | A rede α − T3 — comumente considerada um sistema-modelo com estrutura hexagonal, contendo um átomo adicional no centro de cada hexágono, cujos acoplamentos às sub-redes circundantes são modulados por um parâmetro intrínseco α que interpola continuamente entre a rede em favo de mel (α = 0) e a rede dice (α = 1) — tem atraído considerável interesse na comunidade de física da matéria condensada devido às suas propriedades eletrônicas e de transporte incomuns. Ao longo dessa interpolação, a natureza dos portadores de carga de baixa energia na rede α − T3 evolui de férmions de Dirac com spin S = 1/2, como no grafeno, para férmions de Dirac com spin S = 1, característicos da rede dice. Para além do parâmetro de interpolação α, mecanismos adicionais podem ser empregados para ajustar as propriedades físicas da rede α − T3, incluindo confinamento geométrico em nanofitas estreitas, deformações estruturais da rede e a aplicação de campos elétricos ou magnéticos externos. Motivada por esse caráter morfológico ajustável e pelos correspondentes efeitos quânticos de tamanho finito, esta dissertação de mestrado investiga como as propriedades eletrônicas da rede α − T3 e de suas nanofitas são modificadas sob diferentes tipos de deformações uniformes, em particular deformações uniaxiais, biaxiais e de cisalhamento. Examinamos sistematicamente a influência das terminações de borda (contornos zigzag e armchair), da conectividade do átomo central do hexágono com seus sítios vizinhos, da largura da fita e da magnitude e da natureza da deformação aplicada. Nossa análise teórica, formulada tanto em primeira quanto em segunda quantização, baseiase em um hamiltoniano de tight-binding que reproduz, nos limites apropriados, as estruturas eletrônicas do grafeno e da rede dice, incluindo a coexistência de bandas planas e cônicas. As estruturas de bandas resultantes revelam como as propriedades eletrônicas evoluem em função da morfologia da rede, do recobrimento orbital, do confinamento quântico e da amplitude de deformação. Demonstramos que cinco dos seis tipos de deformações uniformes no plano considerados (deformação uniaxial, cisalhamento simples nas direções x e y e cisalhamento puro) induzem a abertura de um gap de energia finito na estrutura de bandas. Além disso, obtemos expressões analíticas que descrevem o aumento monótono desse gap em função da amplitude de deformação e de sua dependência dos parâmetros do modelo. Para nanofitas, classificamos os sistemas como metálicos ou semicondutores e mostramos como essa classificação pode ser alterada ao variar a morfologia da rede, a terminação de borda e a largura da fita. Adicionalmente, demonstramos que o gap de banda pode ser ajustado eficientemente aplicando uma deformação de cisalhamento na direção de periodicidade. |
| Abstract: | The α − T3 lattice, commonly regarded as a model system with a hexagonal structure containing an additional atom at the center of each hexagon, whose couplings to the surrounding sublattices are modulated by an intrinsic parameter α that continuously interpolates between the honeycomb lattice (α = 0) and the dice lattice (α = 1)—has attracted considerable interest within the condensed matter physics community owing to its unusual electronic and transport properties. Along this interpolation, the nature of the low-energy charge carriers in the α − T3 lattice evolves from spin-S = 1/2 Dirac fermions, as in graphene, to spin-S = 1 Dirac fermions characteristic of the dice lattice. Beyond the interpolation parameter α, additional mechanisms can be employed to tailor the physical properties of the α − T3 lattice, including geometric confinement in narrow nanoribbons, structural deformations of the lattice, and the application of external electric or magnetic fields. Motivated by this tunable morphological character and the associated quantum finite-size effects, this master’s thesis investigates how the electronic properties of the α − T3 lattice and its nanoribbons are modified under different types of uniform strain, specifically uniaxial, biaxial, and shear deformations. We systematically examine the influence of edge terminations (zigzag and armchair boundaries), the connectivity of the central atom in the hexagon to its neighboring sites, the ribbon width, and the magnitude and nature of the applied deformation. Our theoretical analysis, formulated in both first- and second-quantized forms, is based on a tight-binding Hamiltonian that captures, in the appropriate limits, the electronic structures of graphene and the dice lattice, including the coexistence of flat and conical bands. The resulting band structures reveal how the electronic properties evolve as functions of lattice morphology, orbital overlap, quantum confinement, and strain amplitude. We demonstrate that five out of the six considered types of in-plane uniform deformations (uniaxial strain, simple shear in the x and y directions, and pure shear) induce a finite energy gap in the band structure. Furthermore, we obtain analytical expressions that describe the monotonic increase of this gap with strain amplitude and its dependence on the underlying model parameters. For nanoribbons, we classify the systems as metallic or semiconducting and show how this classification can be altered by varying the lattice morphology, edge termination, and ribbon width. In addition, we demonstrate that the band gap can be effectively tuned by applying shear strain along the periodicity direction. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85072 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | DFI - Dissertações defendidas na UFC |
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