Atomistic simulations in hybrid C/BN structures
Grafeno es un material sobresaliente que ha sido el foco de atención de muchos científicos en años recientes. Junto con el grafeno, aparecieron muchos otros materiales bidimensionales (2D) como BN, dicalcogenuros de metales, ZnO, entre otros. En esta tesis, se presenta un estudio teórico de sistemas...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2014 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/283892 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/283892 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Grafe Grafeno Graphene Nitrur de bor Nitruro de boro Boron nitride Heteroestructura Heterostructure Ciències Experimentals 538.9 |
| Sumario: | Grafeno es un material sobresaliente que ha sido el foco de atención de muchos científicos en años recientes. Junto con el grafeno, aparecieron muchos otros materiales bidimensionales (2D) como BN, dicalcogenuros de metales, ZnO, entre otros. En esta tesis, se presenta un estudio teórico de sistemas híbridos 2D compuestos de grafeno y BN, basado en los métodos de teoría del funcional de la densidad (DFT) y enlace fuerte (TB). La estructuras analisadas son heteroestructuras grafenno/BN apiladas y coplanares. Las estructuras apiladas forman patrones de moiré que están caracterizadas por el ángulo de rotación entre las dos capas. Cálculos DFT son llevados a cabo para sistemas con distintos ángulos, cada uno teniendo tamaños diferentes. La densidad de estados (DOS), la estructura de bandas y los desplazamientos atómicos debido a la relajación son analizados. Las depresiones en la DOS, también observadas experimentalmente en medidas de espectroscopía de efecto tunel, están situadas en energías que están de acuerdo a predicciones perturbativas. La estructura de bandas revela el origen de las depresiones como la aparición de un brecha energética a energias diferentes de cero. Una estimación de la intensidad del potencial del sustrato es obtenida de las energías locales atómicas. Luego, se estudian las propiedades de transporte en heteroestructuras de grafeno/h-BN apilados usando la información del potencial de superred de los cálculos DFT anteriores. La conductividad es calculada usando el formalismo de Kubo para transporte electrónico dentro de la descripción TB. El efecto del sustrato de h-BN es modelado como un término de masa adicional en el Hamiltoniano para representar una ruptura local de la simetría de subred. El camino libre medio y la resistividad son obtenidos, mostrando picos satélite que aparecen como un efecto del potencial del moiré. Las propiedades de híbridos coplanares son estudiadas. Después de una analisis con DFT de diferentes sistemas con interfases zigzag y armchair, se propone un modelo para describir estas heteroestructuras usando TB. El model se basa principalmente en las propiedades de polarización del h-BN. La discontinuidad en la polarización que aparece cuando el h-BN es cortado a lo largo de la dirección zigzag, da lugar a un campo eléctrico inducido que actúa en la region de grafeno. Se considera un modelo electrostático simple de cargas puntuales situadas en la interfase, el cual representa físicamente a la carga ligada acumulada en los bordes del h-BN. Los parámetros del modelo TB son ajustados a sistemas zigzag, pero se prueba que trabajan bien para interfases armchair y quirales. Finalmente, la constante piezoeléctrica de h-BN es calculada con DFT usando la teoría de polarización basado en fases de Berry. En superestructuras C/BN con interfases zigzag, la sintonización piezoeléctrica de la carga ligada inducidad por la polarización es estudiada tensando el sistema de manera perpendicular a la interfase. El comportamiento de estos sistemas es descrito de manera adecuada por la respuesta piezoeléctrica del h-BN prístino. De manera interesante, heteroestructuras grafeno/ BC2N también estudiadas, tienen una respuesta piezoeléctrica mayor que los híbridos con h-BN. También se aplica compresión en dirección paralela a la interfase zigzag, encontrando redistribución de carga que depende de la curvatura de las hojas. |
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