Effects of the intrinsic spin-orbit interaction on the electronic structure of nanotubes

• Autor(a) principal: Sousa, Matheus Samuel Martins de
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/11228
• topic: Grafeno; Interação spin-órbita; Densidade de estados; Grafeno; Interação spin-órbita; Graphene; Spin-orbit interaction; Density of states

Este trabalho tem como finalidade estudar os efeitos da intera ção spin- órbita intrínsica nos nanotubos de carbono. Para isto, um estudo analítico detalhado da estrutura eletrônica do grafeno é feito, onde o modelo tight-binding é utilizado. Dentro deste modelo são calculadas as bandas de energia do grafeno e é feita uma aproximação perto dos pontos de alta simetria do grafeno, os chamados pontos de Dirac. O efeito da interação spin- órbita intrínsica então é estudada utilizando o modelo de Kane-Mele para o Spin-Hall quântico e sua interação com o grafeno é observada. No trabalho foi possível observar o que acontece com os cones de Dirac na presença da interação spin- órbita intrínsica, a abertura de uma separação entre as bandas de valência e de condução. Um estudo analítico dos nanotubos de carbono é feito, onde as formas de como se construir um nanotubo é demonstrada. Os nanotubos são classificados em três categorias, chiral, poltrona e zigzag a partir de suas simetrias. Um estudo dos nanotubos de carbono poltronas e zigzags é feito, uma vez tendo suas estruturas eletrônicas calculadas. É observado que os nanotubos poltronas são mais interessantes por sempre serem metálicos independente do seu tamanho, já os nanotubos zigzag podem ser metálicos ou isolantes dependendo da sua configuração. Um estudo analítico sobre as dispersões para estes nanotubos na inclusão da interação spin- órbita é feito, utilizando o método de enrolar a folha de grafeno utilizando condições de contorno apropriadas. Para ambos os tipo de nanotubos o resultado é similar, o do aparecimento de um gap entre as bandas de condução e de valência. Para complementar o estudo das propriedades eletrônicas desses materiais, é calculado a densidade de estados (DOS), utilizando o formalismo da função de Green e a conexão entre os resultados teóricos e experimentais é feita. As DOS são calculadas para os nanotubos sem a interação spin- órbita, sendo observado algo semelhante ao que se havia sido observado com as dispersões. A transição metal-isolante nos nanotubos poltrona são observados também pela DOS, a transição se d á pelo desaparecimento da densidade que existia anteriormente próximo a energia nula dando origem a um gap entre as bandas. Isso cria possibilidade de se manipular as propriedades eletrônicas destes materiais, em particular o gap entre as bandas. É possível também observar que o tamanho deste gap é proporcional a intensidade do acoplamento da interação spin- órbita