Propriedades eletrônicas, ópticas e de transporte em nanoestruturas de grafenileno: uma abordagem DFTB

A contínua miniaturização de dispositivos eletrônicos tem impulsionado a busca por materiais capazes de operar em escalas nanométricas, nas quais efeitos quânticos desempenham papel fundamental. Nesse contexto, materiais bidimensionais vêm atraindo grande interesse devido às suas propriedades eletrônicas ajustáveis e ao potencial para aplicações em nanoeletrônica, optoeletrônica e sensoriamento. Entre eles, o grafenileno destaca-se por combinar caráter semicondutor intrínseco, estrutura porosa e elevada versatilidade química. Esta tese investiga as propriedades eletrônicas, ópticas e de transporte de nanoestruturas baseadas em grafenileno por meio de simulações atomísticas fundamentadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), na aproximação Density Functional Tight-Binding (DFTB) e em suas extensões para estados excitados e transporte quântico. O estudo abrange nanoflocos finitos com diferentes geometrias e tipos de borda, sistemas funcionalizados com metais de transição e moléculas adsorvidas, bem como nanodispositivos operando em regimes de transporte coerente. Os resultados mostram que a geometria, a funcionalização química e a arquitetura dos dispositivos exercem forte influência sobre as propriedades físicas do grafenileno, permitindo modular sua resposta eletrônica, óptica e de transporte. Em particular, observam-se assinaturas espectroscópicas sensíveis à adsorção molecular e mecanismos de controle de corrente promissores para aplicações em dispositivos nanoeletrônicos. Em conjunto, os resultados demonstram o potencial do grafenileno como uma plataforma versátil para aplicações futuras em nanoeletrônica, optoeletrônica e sensoriamento molecular.

Resumo (inglês)

The continuous miniaturization of electronic devices has driven the search for materials capable of operating at the nanoscale, where quantum effects play a fundamental role. In this context, two-dimensional materials have attracted considerable attention due to their tunable electronic properties and potential applications in nanoelectronics, optoelectronics, and sensing technologies. Among these materials, graphenylene stands out as a particularly promising platform, combining an intrinsic semiconducting character, a porous structure, and high chemical versatility. This thesis investigates the electronic, optical, and transport properties of graphenylene-based nanostructures through atomistic simulations grounded in Density Functional Theory (DFT), the Density Functional Tight-Binding (DFTB) approximation, and their extensions for excited-state and quantum transport calculations. The study encompasses finite graphenylene nanoflakes with different geometries and edge topologies, systems functionalized with transition metals and adsorbed molecules, as well as nanodevices operating in the coherent transport regime. The results demonstrate that geometry, chemical functionalization, and device architecture strongly influence the physical properties of graphenylene, enabling the modulation of its electronic, optical, and transport responses. In particular, spectroscopic signatures sensitive to molecular adsorption and current-control mechanisms with potential relevance for nanoelectronic applications are identified. Overall, the findings highlight the potential of graphenylene as a versatile platform for future applications in nanoelectronics, optoelectronics, and molecular sensing.

Palavras-chave

Nanoestruturas Nanoeletrônica Teoria do Funcional da Densidade (DFT) Grafenileno Grafeno

Idioma

Português

Citação

BATISTA, Gabriel Henrique. Propriedades eletrônicas, ópticas e de transporte em nanoestruturas de grafenileno: uma abordagem DFTB. 2026. Tese (Doutorado em Física) – Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Rio Claro, 2026.