Estudo teórico das propriedades de nitreto de boro hexagonal e grafeno

• Autor(a) principal: Matheus Josué de Souza Matos
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WJHZ5
• topic: Teoria do funcional da densidade; Superredes; Nitreto de boro; Grafeno; Estrutura eletronica; Física; Funcionais de densidade; Grafeno

Neste trabalho, utilizamos cálculos de primeiros princípios baseados no formalismo da teoria do funcional da densidade para descrever propriedades estruturais e eletrônicas de nanomateriais de carbono e nitreto de boro. A tese é composta por três estudos, dois deles envolvendo diretamente colaborações com grupos experimentais, e um terceiro, motivado por resultados experimentais recentes descritos na literatura, mas que foi conduzido por uma abordagem apenas teórica. O primeiro trabalho trata das propriedades do grafeno e do nitreto de boro hexagonal (hBN). Especificamente, investigamos propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas envolvidas na formação de bicamadas e multicamadas de grafeno e bicamadas mistas grafeno/hBN caracterizadas por ângulos relativos de empilhamento. Estudamos o papel de defeitos pontuais presentes no hBN na estabilidade energética das heteroestruturas, discutindo também possíveis modulações da estrutura eletrônica. Em se tratando de sistemas formados apenas por grafeno, estudamos propriedades estruturais e eletrônicas de bicamadas e multicamadas que foram crescidas epitaxialmente por sublimação de um substrato de carbeto de silício. Foi possíivel determinar propriedades estruturais desses sistemas, como parâmetros de rede das supercélulas e distâncias entre as camadas, bem como energias de formação para diversos ângulos. Relacionamos esses aspectos estruturais e energéticos com os experimentos realizados por nossos colaboradores, discutindo a possibilidade de formação de domínios com orientações distintas entre as camadas. Por fim, estudamos aspectos relacionados com a estrutura eletrônica de tais bicamadas de grafeno giradas. No terceiro trabalho, investigamos a resposta dielétrica anômala do hBN quando caracterizado por Microscopia de Força Elétrica (EFM). Para isso, utilizamos simulações de dinâmica molecular com forças originadas de cálculos de primeiros princípios. Analisamos o comportamento do momento de dipolo de uma camada de água confinada entre a monocamada de hBN e o substrato de SiO2, e mostramos que as interações das moléculas de água com o substrato são responsáveis por fazer com que a direção do momento dipolar interfacial (devido à água) fique independente da aplicação de um campo externo. Assim, mostramos como o campo interno resultante era capaz de mascarar a resposta dielétrica do material.