Estudo teórico das propriedades mecânicas e eletrônicas de sistemas bidimensionais do grupo IV sob deformações
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/16428 |
Resumo: | In this work we study two dimensional materials compounds of group IV elements such as graphene, silicene and germanene under biaxial and uniaxial strain. The aim of this study is understand the mechanical properties of these materials and how the strain modify their electronic properties. Using the density functional theory as implemented in the Quantum ESPRESSO (QE) package, we determined the Lamé coefficients and using its coefficients we calculated the elastic constants C11 and C12. The Young modulus in two dimension and the Poisson ratio was obtained via uniaxial strain in two directions: armchair and zigzag. Using the Voigt approximattion we estimated the Bulk modulus and the Shear modulus. All of those values are in good agreement with the literature where graphene is characterized as a stiffness material. We analyzed the stress-strain relation for all of three materials in the elastic region, where was observed an asymmetric behavior in ultimate tensile strength, where the armchair direction is the more stiff. The electronic properties was analyzed under uniaxial strain in three regions: linear (" = 0; 03), harmonic (" = 0; 09), and near to ultimate tensile strength (" = 0; 15). Graphene under strain does not show significant changes in its electronic properties. On the other hand, silicene and germanene show the autodopping behavior, where electrons (tipe n conductivity) or/and holes (tipe p conductivity) appear near to the Fermi level, in the vicinity of the Dirac cone greater than 9%. This way, we showed that strain can control the conductivity properties of silicene and germanene. |
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Estudo teórico das propriedades mecânicas e eletrônicas de sistemas bidimensionais do grupo IV sob deformaçõesTheoretical study of mechanical and electronic properties of bidimensional systems of group IV under strainEstrutura eletrônicaDFTConstantes elásticasCoeficientes de LaméMódulo de YoungRazão de PoissonTensão-deformaçãoGrafenoSilicenoGermanenoElectronic structureElastic constantsLamé coefficientsYoung modulusPoisson ratioStress-strainGrapheneSiliceneGermaneneCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAIn this work we study two dimensional materials compounds of group IV elements such as graphene, silicene and germanene under biaxial and uniaxial strain. The aim of this study is understand the mechanical properties of these materials and how the strain modify their electronic properties. Using the density functional theory as implemented in the Quantum ESPRESSO (QE) package, we determined the Lamé coefficients and using its coefficients we calculated the elastic constants C11 and C12. The Young modulus in two dimension and the Poisson ratio was obtained via uniaxial strain in two directions: armchair and zigzag. Using the Voigt approximattion we estimated the Bulk modulus and the Shear modulus. All of those values are in good agreement with the literature where graphene is characterized as a stiffness material. We analyzed the stress-strain relation for all of three materials in the elastic region, where was observed an asymmetric behavior in ultimate tensile strength, where the armchair direction is the more stiff. The electronic properties was analyzed under uniaxial strain in three regions: linear (" = 0; 03), harmonic (" = 0; 09), and near to ultimate tensile strength (" = 0; 15). Graphene under strain does not show significant changes in its electronic properties. On the other hand, silicene and germanene show the autodopping behavior, where electrons (tipe n conductivity) or/and holes (tipe p conductivity) appear near to the Fermi level, in the vicinity of the Dirac cone greater than 9%. This way, we showed that strain can control the conductivity properties of silicene and germanene.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNeste trabalho estudamos materiais bidimensionais submetidos a deformações biaxias e uniaxiais. Este estudo visa entender as propriedades mecânicas destes materiais e como essas deformações afetam as propriedades eletrônicas grafeno, siliceno e germaneno. Através da teoria do funcional da densidade (DFT), implementada no código computacional Quantum ESPRESSO (QE), determinamos os coeficientes de Lamé, e com estes determinamos as constantes elásticas C11 e C12. O módulo de Young e razão em duas dimensões de Poisson foram obtidos via deformações uniaxiais nas direções armchair e zigzag. Utilizamos a aproximação de Voigt para calcular o módulo de Bulk e módulo de Cisalhamento. Os resultados obtidos estão de em acordo com os valores previstos na literatura para as propriedades mecânicas analisadas, onde o grafeno apresentou ser o material mais rígido entre os estudados. Analisamos a curva de tensão-deformação para os três materiais no regime elástico, onde foi observado uma assimetria na tensão limite e deformação limite sendo a que apresentou maior resistência encontra-se na direção armchair. As propriedades eletrônicas foram analisadas sob deformações uniaxias para três regimes: na região linear (" = 0; 03), na região harmônica (" = 0; 09) e próximo da tensão limite (" = 0; 15). Para o grafeno não observa-se mudanças significativas em suas propriedades eletrônicas. Porém para o siliceno e germaneno observa-se o aparecimento de um caráter autodopante com a presença de elétrons (condução do tipo n) e/ou buracos (condução do tipo p) nas imediações do nível de Fermi, ou seja, nas proximidades do cone de Dirac. Deste modo temos que devido a deformações e/ou tensões aplicadas pode-se controlar a condutividade do siliceno e germaneno.Universidade Federal de Santa MariaBrasilFísicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasBaierle, Rogério Joséhttp://lattes.cnpq.br/7565203547830128Rupp, Caroline Jaskulskihttp://lattes.cnpq.br/2244372613117182Silva, Ricardo Barreto dahttp://lattes.cnpq.br/8538297526477728Vargas, Douglas Willian Duarte de2019-05-07T14:49:21Z2019-05-07T14:49:21Z2018-08-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/16428porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2019-05-08T06:01:25Zoai:repositorio.ufsm.br:1/16428Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2019-05-08T06:01:25Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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In this work we study two dimensional materials compounds of group IV elements such as graphene, silicene and germanene under biaxial and uniaxial strain. The aim of this study is understand the mechanical properties of these materials and how the strain modify their electronic properties. Using the density functional theory as implemented in the Quantum ESPRESSO (QE) package, we determined the Lamé coefficients and using its coefficients we calculated the elastic constants C11 and C12. The Young modulus in two dimension and the Poisson ratio was obtained via uniaxial strain in two directions: armchair and zigzag. Using the Voigt approximattion we estimated the Bulk modulus and the Shear modulus. All of those values are in good agreement with the literature where graphene is characterized as a stiffness material. We analyzed the stress-strain relation for all of three materials in the elastic region, where was observed an asymmetric behavior in ultimate tensile strength, where the armchair direction is the more stiff. The electronic properties was analyzed under uniaxial strain in three regions: linear (" = 0; 03), harmonic (" = 0; 09), and near to ultimate tensile strength (" = 0; 15). Graphene under strain does not show significant changes in its electronic properties. On the other hand, silicene and germanene show the autodopping behavior, where electrons (tipe n conductivity) or/and holes (tipe p conductivity) appear near to the Fermi level, in the vicinity of the Dirac cone greater than 9%. This way, we showed that strain can control the conductivity properties of silicene and germanene. |
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