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Type: Dissertação
Title: Estudos de primeiros princípios de fosfeto de boro hexagonal funcionalizado com moléculas DMBI e F4TCNQ
Author: Castro Junior, Alessandro de Oliveira
First Advisor: Sato, Fernando
Referee Member: Amorim, Rodrigo Garcia
Referee Member: Ludwig, Valdemir
Resumo: A descoberta do grafeno em 2004 abriu as portas para o reino dos materiais bidimensionais (2D), que são estruturas com a espessura de um átomo. Dentro deste reino, residem outros materiais além do grafeno, como fosforeno, borofeno, germaneno, siliceno, nitreto de boro hexagonal e muito mais. Esse tipo de material despertou nos cientistas um enorme interesse nas últimas décadas, devido às suas características únicas e potencial para serem aplicados a dispositivos nanoeletrônicos. Dentre os que fazem parte dessa "planolândia", o escolhido para ser estudado no presente trabalho é o chamado fosfeto de boro hexagonal(h-BP). Estudos recentes mostram que o h-BP é um forte candidato para aplicação em futuros dispositivos nanoeletrônicos, por exemplo, como um material anodo para baterias baseadas em lítio e potássio. Pesquisas estão sendo feitas para encontrar estruturas 2D semelhantes ao grafeno, no entanto, com características que possam suprir as "deficiências"do mesmo. Esta pesquisa é um esforço para experimentar, investigar e comparar o que esses dois sistemas têm a oferecer, e isso foi feito através de cálculos de DFT usando dois softwares, chamados SIESTA e Quantum Espresso. Os cálculos foram realizados em grafeno e h-BP puros para construir a estrutura básica e as informações eletrônicas. Depois disso, o h-BP foi dopado com duas moléculas diferentes: DMBI e F4TCNQ, que são dopantes do tipo N e P do grafeno, respectivamente. Em seguida, o presente trabalho investiga as propriedades eletrônicas e estruturais do fosfeto de boro hexagonal, que possui uma estrutura semelhante ao grafeno. Os resultados dos cálculos para o grafeno foram concordantes com a literatura, o que significa que o método é bom. Falando sobre o h-BP, foi demonstrado que é um semicondutor com um gap de energia (não é o caso do grafeno). Quando adsorve a molécula de DMBI, mantém o comportamento semicondutor e há transferência de carga da molécula para a folha. Quando a F4TCNQ é adsorvida, um estado molecular quase plano é introduzido em sua estrutura de banda (e também é claro nos gráficos de DOS como um enorme estado próximo ao nível de Fermi), mas não há transferência de carga entre as duas estruturas. Com ambas as moléculas, a folha h-BP parece funcionar como um meio para transferir a carga da molécula DMBI para o F4TCNQ, como acontece com o Grafeno.
Abstract: The discovery of Graphene in 2004 opened the door to the realm of two-dimensional(2D) materials, which are structures as thick as an atom. Within this realm dwells materials other than graphene, such as phosphorene, borophene, germanene, silicene, hexagonal boron-nitride and many more. This kind of material has awakened in scientists a huge interest in recent decades due to their unique features and potential on being applied to nanoelectronic devices. Among those who are part of this flat world, the one studied in the present research is called hexagonal Boron-Phosphide. Recent studies show that h-BP is a strong candidate for application in future nanoelectronic devices, e.g., as an anode material for batteries based on Lithium and Potassium. Therefore, researches are being made in order to find 2D structures similar to graphene, however, with features that could supply the "shortcomings" of graphene. This research is an effort to experiment, investigate and compare what these two systems have to offer, and this was done through DFT calculations using two softwares, called SIESTA and Quantum Espresso. The calculations were performed on pristine graphene and h-BP to build the basic structure and the electronic information. After that, h-BP was doped with two different molecules: DMBI and F4TCNQ, which are N-type and P-type dopants on graphene, respectively. Then, the present work investigates the electronic and structural properties of hexagonal boron-phosphide, that is a graphene-like structure. The calculations results for Graphene were in agreement with the literature, which means that the method is good. Talking about the h-BP, it was shown that it is a semiconductor with an energy gap (not the case of graphene). When it adsorbs the DMBI molecule, it keeps the semiconductor behaviour and there is charge transfer from the molecule to the slab. When the F4TCNQ is adsorbed, an almost flat molecular state is introduced in its band structure (and it is also clear in its DOS graphics as a huge state near the Fermi level) but there is no charge transfer between the two structures. With both molecules, the h-BP sheet seems to works as a medium to transfer charge from the DMBI molecule to the F4TCNQ, as it happens with graphene. Key-words: Graphene, Hexagonal Boron-Phosphide, DMBI, F4TCNQ.
Keywords: Grafeno
Fosfeto de boro hexagonal
DMBI
F4TCNQ
Graphene
Hexagonal boron-phosphide
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Física
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14206
Issue Date: 19-Feb-2020
Appears in Collections:Mestrado em Física (Dissertações)



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