Propriedades estruturais e eletrônicas das redes de grafeno e carbono bifenileno - Pereira, Gustavo Guarise [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2018)
When nanoscopic systems study has begun, a material with special electrical and mechanical characteristics was discovered, the graphene. A two-dimensional material in the form of a monolayer of carbon atoms forming a hexagonal lattice. With the great applicability of graphene in several physical systems, new carbon allotropes were studied, among them biphenylene carbon (BPC). In this work, we investigate the possibility of changing the electronic properties of graphene and biphenylene carbon membranes through the uni-axial application of strain and the adsorption of heteroatoms on their structures. We divided the work into three parts: theoretical introduction, necessary to understand the results obtained, the methodology and the results obtained. In the theoretical introduction we discuss the Tight Binding method to address some fundamental concepts of solid state physics, such as the effective mass of the electron, the hopping term and the use of the linear combination of atomic orbitals (LCAO). We also discuss the concepts underlying the Functional Density Theory, such as the Hohenberg- Khon theorems, the Kohm-Sham auxiliary system, and the self-consistency cycle (SCC). In the methodology we discuss the approximation used computationally, known as Density Functional Tight Binding (DFTB), we derive the expression of energy as we discuss the physics of each term of that expression. With the fundamental concepts consolidated we discuss the results obtained with the DFTB approach through DFTB+, a open source plataform developed with the aid of several research groups from around the world, which demonstrates excellent results and makes likely calculations of structures up to an order of magnitude larger than the DFT, as well as longer simulation time

Quando começou-se a estudar sistemas nanoscópicos, foi descoberto um material com características especiais, tanto elétricas como mecânicas, tal material foi denominado grafeno. Um material bi-dimensional na forma de uma monocamada de átomos de carbono formando uma rede hexagonal. Com a grande aplicabilidade do grafeno em diversos sistemas físicos houve o estudo de novos alótropos de carbono, entre eles o carbono bifenileno (BPC). Neste trabalho investigamos, com o uso da aproximação conhecida como Density Functional Tight Binding (DFTB), a possibilidade de alterar as propriedades eletrônicas das membranas de grafeno e carbono bifenileno, através da aplicação uni-axial de strain e a adsorção de heteroátomos sobre suas estruturas. Dividimos o trabalho basicamente em três partes: introdução teórica, necessária para entender os resultados obtidos, junto com o estudo das ferramentas utilizadas para o cálculo de estruturas eletrônicas, a metodologia e os resultados obtidos. Na introdução teórica discutimos o método Tight Binding, para abordar alguns conceitos fundamentais de física do estado sólido, como a massa efetiva do elétron, o termo de hopping e o uso da combinação linear de orbitais atômicos (LCAO). Também discutimos os conceitos que fundamentam a Teoria do Funcional Densidade, como os teoremas de Hohenberg-Khon, o sistema auxiliar de Kohm-Sham e o Ciclo de Autoconsistência (SCC). Na metodologia discutimos a aproximação utilizada computacionalmente, conhecida como Density Functional Tight Binding (DFTB), derivamos a expressão da energia enquanto discutimos a física de cada termo de sua expressão. Com os conceitos fundamentais consolidados discutimos os resultados obtidos com a aproximação DFTB através do DFTB+ uma plataforma de livre acesso desenvolvida com o auxílio de diversos grupos de pesquisa do mundo todo, que demonstra ótimos resultados e torna viável cálculos de estruturas de até uma...
Keywords: Grafeno; Carbono; Estrutura eletronica; Física do estado sólido; Eletrons; Funcionais de densidade