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dc.contributor.advisor1Sato, Fernando-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6443348814893849pt_BR
dc.contributor.referee1Autreto, Pedro Alves da Silva-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7451110632352114pt_BR
dc.contributor.referee2Garcés, Erix Alexander Milán-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8924604456894021pt_BR
dc.contributor.referee3Ludwig, Valdemir Aeneas-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/pt_BR
dc.contributor.referee4Massote, Daniel Vasconcelos Pazzini-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/0095824726266049pt_BR
dc.creatorUllah, Saif-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/pt_BR
dc.date.accessioned2020-11-10T12:04:32Z-
dc.date.available2020-10-20-
dc.date.available2020-11-10T12:04:32Z-
dc.date.issued2020-01-22-
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11836-
dc.description.abstractIn this thesis, various aspects of graphene and other 2D materials were studied by means of first-principles density functional theory (DFT) calculations. Initially, we propose two types of doping models in graphene for efficient band gap opening. In addition, we study triple dopants in graphene for the first time which is useful for the designing of the electronic properties and increasing the chemical reactivity of graphene. We also design several mono-doped and dual-doped graphene as potential anode materials for alkali-based (lithium, sodium, and potassium) batteries. Moreover, it is found that hexagonal boron phosphide (hBP) and hexagonal boron arsenide (hBAs) possess excelent electrochemical properties that are desirable for efficient anode materials. All of these proposed systems offer large storage capacities in comparison with the other famous anode materials. In addition, we report monolayer BX (X=P, As) derivatives, monolayer beryllium-nitride (Be3N2), and 2D holey boroxine (B3O3). In detail, the structural, thermal, dynamical, mechanical, electronic, and optical properties were systematically investigated and carefully examined. These theoretical investigations considerably upgrade the family of 2D materials. We inspect the stability and the electronic and optical properties of various vdWheterostructures including (hBP), (hBAs), and their derivatives which offer tunable optoelectronic properties. Additionally, we consider SiC3-hBN (vdW-heterostructure, and encapsulated SiC3 in hBN) as a potential replacement for graphene in nanoelectronics. Furthermore, the external electric field provides a great tunability of the gaps which is somewhat missing (or weaker) in the graphene-hBN bilayer. Finally, we investigate the effect of substitutional doping in single layer hBN. The induced impurity level structure is quite exotic and strongly dependent on the sublattice position and its behavior as a donor or an acceptor. For example, for an acceptor replacing a nitrogen atom, a strong intervalley interaction is observed with a strong valley and spin splitting. Conversely, when a boron atom is replaced with an acceptor, a much weaker intervalley interaction is observed with near-valley-degenerate levels. The behavior of the donor impurities is found to be the same.pt_BR
dc.description.resumoNesta tese, estudamos diversos aspectos do grafeno e outros materiais 2D por meio de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT em inglês). Inicialmente, propomos dois modelos de dopagem em grafeno para a abertura de gaps de forma eficiente. Além disso, estudamos pela primeira vez dopantes triplos em grafeno, o que é útil para o desenho de propriedades eletrônicas e para o aumento de sua reatividade química. Em uma segunda frente, estudamos a possibilidade de se utilizar grafeno mono-dopado e bi-dopado como ânodo em baterias baseadas em metais alcalinos (lítio, sódio e potássio). Além disso, descobrimos que o fosteto de boro hexagonal (hBP) e o arseneto de boro hexagonal (hBAs) possuem excelentes propriedades eletroquímicas que são desejáveis em ânodos eficientes. Verificamos que todos os sistemas propostos apresentam uma ampla capacidade de armazenamento em comparação com outros ânodos conhecidos. Em outra frente, investigamos detalhadamente as propriedades estruturais, térmicas, dinâmicas, eletrônicas e ópticas de monocamadas de hBX (X = P, As), monocamada Be3N2, e o boroxino (B3O3), um material que apresenta buracos em sua estrutura cristalina. Tais investigações representam um enriquecimento importante à família de materiais 2D. Além disso, estudamos a estabilidade e as propriedades optoeletrônicas de diversas heteroestruturas de van-der-Walls (vdW), incluindo multicamadas de hBP, hBAs e combinações, onde verificamos uma grande tunabilidade. Consideramos ainda diferentes heteroestruturas baseadas em SiC3 e hBN de forma a investigar o potencial do SiC3 como um substituto para o grafeno em dispositivos nanoeletrônicos. Verificamos que a aplicação de um campo elétrico externo nessas heteroestruturas leva à abertura de um gap com maior magnitude e tunabilidade em comparação aos gaps encontrados em heteroestruturas baseadas em grafeno e hBN. Finalmente, investigamos os efeitos de uma dopagem substitucional na monocamada de hBN. Observamos que a estrutura de níveis de energia induzidos pela impureza dentro do gap é bem exótica, apresentando uma forte dependência com a posição de sub-rede ocupada pela impureza e com o seu comportamento como doadora ou aceitadora. Por exemplo, quando uma impureza aceitadora substitui um átomo de nitrogênio, observa-se uma forte interação entre os vales, resultando em um estado fundamental não-degenerado. Por outro lado, quando uma impureza aceitadora substitui um átomo de boro, verifica-se uma fraca interação entre vales e um estado fundamental quase duplamente degenerado. Observamos ainda que impurezas doadoras se comportam de forma similar.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentICE – Instituto de Ciências Exataspt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Físicapt_BR
dc.publisher.initialsUFJFpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectDFTpt_BR
dc.subjectGrafenopt_BR
dc.subjectMateriais 2D e heteroestruturas vdWpt_BR
dc.subjectBaterias alcalinaspt_BR
dc.subjectDefeitospt_BR
dc.subjectDFTpt_BR
dc.subjectGraphenept_BR
dc.subject2D Materials and vdW heterostructurespt_BR
dc.subjectAlkali-based batteriespt_BR
dc.subjectDefectspt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApt_BR
dc.titleTheoretical characterization of graphene and other 2D materialspt_BR
dc.typeTesept_BR
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