Estudo teórico das propriedades de nitreto de boro hexagonal e grafeno
Autor(a) principal: | |
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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 |
Resumo: | 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. |
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Mario Sergio de Carvalho MazzoniReinaldo Oliveira ViannaPedro Paulo de mello VenezuelaAlan Barros de OliveiraRodrigo Gribel LacerdaMatheus Josué de Souza Matos2019-08-10T02:32:12Z2019-08-10T02:32:12Z2014-06-09http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WJHZ5Neste 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. 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Assim, mostramos como o campo interno resultante era capaz de mascarar a resposta dielétrica do material.In this work, we made use of first principles calculations based on the density functional theory formalism to describe structural and electronic properties of carbon and boron nitride nanomaterials. The thesis is composed of three studies, two of them directly involving collaboration with experimental groups, and a third one, motivated by experimental results recently described in the literature, but which was conducted only with a theoretical approach. The first work deals with graphene and hexagonal boron nitride (hBN). Specifically, we investigated structural, energetic and electronic properties involved in the formation of graphene bilayers and multilayers and mixed graphene/hBN bilayers characterized by the relative stacking angles. We studied the role of point defects present in the hBN in the energetic stability of the heterostructures, discussing also possible modulations of the electronic structure. Concerning systems composed only of graphene, we studied structural and electronic properties of bilayers and multilayers which were epitaxially grown by sublimation of a silicon carbide substrate. It was possible to determine the structural properties of these systems, such as supercell lattice parameters and distances between the layers, as well as formation energies for several angles. We related these structural and energetic aspects with experiments performed by our collaborators, discussing the possibility of domain formation with distinct orientations between the layers. Finally, we studied aspects related to the electronic structure of such twisted bilayer graphene. In the third work, we investigated the hBN anomalous dielectric response when characterized by Electric Force Microscopy (EFM). To do that, we made use of molecular dynamics simulations with forces originated from first principles calculations. We analyzed the behavior of the dipole moment of a water layer confined between the hBN monolayer and the SiO2 substrate, and we showed that the molecule interactions with the substrate are responsible to make the interfacial dipole moment direction (due to the water) be independent on the external applied field. In this way, we showed how a resulting internal field was able to mask the dielectric response of the material.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGEstrutura eletronicaFísicaFuncionais de densidadeGrafenoTeoria do funcional da densidadeSuperredesNitreto de boroGrafenoEstudo teórico das propriedades de nitreto de boro hexagonal e grafenoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALufmgthesis_dfis.pdfapplication/pdf69186746https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUBD-9WJHZ5/1/ufmgthesis_dfis.pdfed7c823112a2318a9ea602ada7e3d7d6MD51TEXTufmgthesis_dfis.pdf.txtufmgthesis_dfis.pdf.txtExtracted texttext/plain242646https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUBD-9WJHZ5/2/ufmgthesis_dfis.pdf.txt55ba67424c183b00473c8ab5c213365dMD521843/BUBD-9WJHZ52019-11-14 12:03:06.083oai:repositorio.ufmg.br:1843/BUBD-9WJHZ5Repositório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T15:03:06Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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