Estudo teórico sobre as propriedades eletrônicas de nanoestruturas de Carbono e H-BN

Resumo

O estudo dos nanomateriais tem se consolidado como uma nova revolução no meio científico. Dentre as nanoestruturas mais investigadas atualmente encontram-se as derivadas do carbono e do nitreto de boro hexagonal (h-BN). O grafeno, por exemplo, trata-se de uma rede bidimensional hexagonal, formada exclusivamente por átomos de carbono. Neste sentido, investigamos a energia de formação e a estrutura eletrônica de um plano de grafeno, um plano de h-BN, bem como, quatro nanocones, com disclinação de 60° cada, sendo dois deles derivados do grafeno e dois derivados do h-BN. Tais investigações foram feitas por meio do Código SIESTA, um software livre que utiliza métodos de primeiros princípios, baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), como parâmetro para sua execução. A partir das observações realizadas foi possível identificar quais nanoestruturas apresentaram maior estabilidade, a depender da organização atômica de suas respectivas redes cristalinas. Nos nanomateriais investigados percebemos que, tanto a energia de formação por átomo, quanto à densidade eletrônica, variaram sensivelmente em função dos diferentes arranjos atômicos. Com relação à condutividade elétrica, as estruturas pesquisadas apresentaram boa concordância com a literatura, reafirmando assim a aplicabilidade destes nanomateriais em dispositivos eletrônicos.

Palavras chave: Nanomateriais, energia de formação, densidade eletrônica, estabilidade.

Abstract: The study of nanomaterials has consolidated as a new revolution in the scientific environment. Among the most investigated nanostructures currently are the derivatives of carbon and hexagonal boron nitride (h-BN). Graphene for example it is a hexagonal two-dimensional lattice formed only by carbon atoms. In this sense, we investigated the formation energy and the electronic structure of a graphene plane, a h-BN plane, as well as, four nanocones, with disclination of 60° each, two of them derived from graphene and two derived from h-BN. These investigations were made through the SIESTA Code, a free software that uses first-principles methods, based on Density Functional Theory (DFT), as a parameter for its execution. From observations it was possible to identify which nanostructures showed greater stability, depending on the atomic organization of their respective crystal lattices. In the investigated nanomaterials we realized that both the formation energy per atom and the electron density varied noticeably in function of the different atomic arrangements. Regarding the electrical conductivity, the structures researched presented good agreement with the literature, thus reaffirming the applicability of these nanomaterials in electronic devices.

Key words: Nanomaterials, formation energy, electronic density, stability.