Propriedades ópticas, eletrônicase estruturaisde monocamadas híbridas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pontes, Jessé Medeiros
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/29364
Resumo: Nanoscale materials composed of carbon, boron and nitrogen atoms have unique properties and can be useful in the development of new technologies. In this thesis, we present two studies, where we use first-principle calculations based on the density functional theory formalism, as implemented in the SIESTA code, to describe structural, electronic and optical properties of nanomaterials composed of carbon, boron and nitrogen. The first work deals with the influence of substitutional defects on the optical, electronic and structural properties of PhaCBN monolayers. Specifically, we investigated the electronic, optical and structural properties of various structures known as PhaCBN. We found that some of these structures are stable, as they have positive phonon frequencies and low formation energies. We also showed that the electronic structure of PhaCBNs presented a semiconductor behavior, with an energy bandgap ranging from 0.33 eV to 2.41 eV. In addition, we found in the results for optical absorption that some structures have absorption peaks in the visible region and very low levels of reflectivity. This work suggests that PhaCBN monolayers are promising materials for applications in electronic and optoelectronic devices. In the second work, we investigated the structural, electronic and optical properties of the PAI-BN monolayer. This structure is composed of pentagonal, hexagonal and heptagonal rings, much like PhaCBN. We found that this structure presents dynamic and thermal stability and its energy is slightly higher than that obtained for the hexagonal monolayer of boron nitride (h-BN). Our calculations for the electronic structure showed that the PAI-BN presents a bandgap of 2.50 eV, which is approximately half of the h-BN bandgap, thus presenting a semiconductor behavior. Furthermore, we verified, based on optical absorption results, that PAI-BN is transparent in the infrared and visible regions, absorbing only in the ultraviolet region. Therefore, based on these results, we can also consider the possibility of applications of this nanostructure in electronic and optoelectronic devices.
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We found that some of these structures are stable, as they have positive phonon frequencies and low formation energies. We also showed that the electronic structure of PhaCBNs presented a semiconductor behavior, with an energy bandgap ranging from 0.33 eV to 2.41 eV. In addition, we found in the results for optical absorption that some structures have absorption peaks in the visible region and very low levels of reflectivity. This work suggests that PhaCBN monolayers are promising materials for applications in electronic and optoelectronic devices. In the second work, we investigated the structural, electronic and optical properties of the PAI-BN monolayer. This structure is composed of pentagonal, hexagonal and heptagonal rings, much like PhaCBN. We found that this structure presents dynamic and thermal stability and its energy is slightly higher than that obtained for the hexagonal monolayer of boron nitride (h-BN). Our calculations for the electronic structure showed that the PAI-BN presents a bandgap of 2.50 eV, which is approximately half of the h-BN bandgap, thus presenting a semiconductor behavior. Furthermore, we verified, based on optical absorption results, that PAI-BN is transparent in the infrared and visible regions, absorbing only in the ultraviolet region. Therefore, based on these results, we can also consider the possibility of applications of this nanostructure in electronic and optoelectronic devices.Materiais em nanoescala compostos por átomos de carbono, boro e nitrogênio apresentam propriedades únicas e podem ser úteis no desenvolvimento de novas tecnologias. Nesta tese, apresentaremos dois estudos, onde utilizamos cálculos de primeiros princípios baseados no formalismo da teoria do funcional da densidade, como implementado no código SIESTA, para descrever propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas de nanomateriais compostos por carbono, boro e nitrogênio. O primeiro trabalho trata da influência dos defeitos substitucionais nas propriedades ópticas, eletrônicas e estruturais das monocamadas PhaCBN. Especificamente, investigamos as propriedades eletrônicas, ópticas e estruturais de várias estruturas conhecidas como PhaCBN. Descobrimos que algumas dessas estruturas são estáveis, pois apresentam frequências de fônons positivas e baixas energias de formação. Mostramos também que a estrutura eletrônica dos PhaCBNs apresentaram um comportamento semicondutor, com um gap de energia variando de 0,33 eV até 2,41 eV. Além disso, encontramos nos resultados para absorção óptica, que algumas estruturas apresentam picos de absorção na região do visível e níveis de refletividade baixíssimos. Este trabalho sugere que as monocamadas de PhaCBN são materiais promissores para aplicações em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos. No segundo trabalho, investigamos as propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas da monocamada de PAI-BN. Essa estrutura é composta por anéis pentagonais, hexagonais e heptagonais, bem parecida com os PhaCBN. Descobrimos que esta estrutura apresenta estabilidade dinâmica e térmica e sua energia é ligeiramente superior à obtida para a monocamada hexagonal de nitreto de boro (h-BN). Nossos cálculos para a estrutura eletrônica mostraram que o PAI-BN apresenta um gap de 2,50 eV, que é aproximadamente metade do gap do h-BN, apresentando assim, um comportamento semicondutor. Além disso, verificamos, a partir de resultados de absorção óptica, que o PAI-BN é transparente nas regiões do infravermelho e do visível, absorvendo apenas na região do ultravioleta. Portanto, com base nesses resultados, também podemos considerar a possibilidade de aplicações dessa nanoestrutura em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos.Universidade Federal da ParaíbaBrasilFísicaPrograma de Pós-Graduação em FísicaUFPBRosas, Alexandre da Silvahttp://lattes.cnpq.br/0758283899410437Pontes, Jessé Medeiros2024-01-29T21:13:42Z2023-04-282024-01-29T21:13:42Z2023-02-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/29364porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2024-01-30T06:09:15Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/29364Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2024-01-30T06:09:15Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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