ARAÚJO, F. R. V. Transporte Eletrônico em Phased Arrays de Nanofitas de Grafeno. 2017. 70 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Pós-Graduação em Física (posgrad@fisica.ufc.br) on 2017-08-23T17:06:25Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_frvaraujo.pdf: 3006955 bytes, checksum: 96cafe22b25ecd5c8d4c555c7a4a5c83 (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-08-23T17:44:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_frvaraujo.pdf: 3006955 bytes, checksum: 96cafe22b25ecd5c8d4c555c7a4a5c83 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-23T17:44:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_frvaraujo.pdf: 3006955 bytes, checksum: 96cafe22b25ecd5c8d4c555c7a4a5c83 (MD5) Previous issue date: 2017 / Graphene, a layer of carbon atoms arranged in a honeycomb crystal lattice, has remarkable physical properties. After its experimental obtaining in 2004 by A. K. Geim and K. S. Novoselov, several researches were carried out aiming to understand such physical properties and several possibilities of applications were proposed. At the low energy limit, there is a linearity relationship between energy and momentum for the electric charge carriers in this material and, therefore, they behave as relativistic particles of zero mass, described by the Dirac equation. One of the implications is that the electron-associated eigenfunctions that cross a potential barrier may not undergo damping under certain circumstances, a phenomenon known as Klein's paradox. Even without damping, these eigenfunctions acquire a phase factors that may depend only on the height and width values of the potential barrier. In this study, we investigate the properties transport in two electronic devices that use this phenomenon and that may be associated to phased arrays (electronic systems that have several emitters of waves, mechanically or electromagnetic, properly organized). We studied the electronic transport mechanisms in these physical systems and performed numerical simulations of electrical conductance as a function of energy and electrical conductance as a function of the electric potential and it was observed that the direction of propagation of the electrons can be controlled by varying the values of height and width of potential barriers. / O grafeno, uma camada de átomos de carbono arranjados em uma rede cristalina honeycomb (favo de mel), possui propriedades físicas notáveis. Após sua obtenção experimental em 2004 por A. K. Geim e K. S. Novoselov, várias pesquisas foram realizadas objetivando compreender tais propriedades físicas e diversas possibilidades de aplicações foram propostas. No limite de baixas energias, existe uma relação de linearidade entre a energia e o momento para os portadores de carga elétrica nesse material e, com isso, os mesmos comportam-se como partículas relativísticas de massa nula, descritas pela equação de Dirac. Uma das implicações disso é que as autofunções associadas aos elétrons que atravessam uma barreira de potencial podem não sofrer amortecimento em dadas circunstâncias, fenômeno esse conhecido como paradoxo de Klein. Mesmo sem sofrer amortecimento, essas autofunções adquirem fatores de fase que podem depender apenas dos valores de altura e largura da barreira de potencial. Nesse trabalho investigamos as propriedades de transporte em dois dispositivos eletrônicos que utilizam-se desse fenômeno e que podem ser associados a phased arrays (sistemas eletrônicos que possuem vários emissores de ondas, mecânicas ou eletromagnéticas, devidamente organizados). Estudamos os mecanismos de transporte eletrônico nesses sistemas físicos e realizamos simulações numéricas da condutância elétrica em função da energia e da condutância elétrica em função do potencial elétrico e observamos que a direção de propagação dos elétrons pode ser controlada através da variação dos valores de altura e largura das barreiras de potencial.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2015-02-05T16:13:20Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoNanofita.pdf: 4825348 bytes, checksum: 47040cc4454444e85c47a5872c92fccb (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2015-02-06T14:36:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoNanofita.pdf: 4825348 bytes, checksum: 47040cc4454444e85c47a5872c92fccb (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-06T14:36:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoNanofita.pdf: 4825348 bytes, checksum: 47040cc4454444e85c47a5872c92fccb (MD5) Previous issue date: 2014 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, investigamos os efeitos da funcionalização de grupos oxidativos sobre a estrutura de nanofitas de grafeno zigue-zague e também os efeitos de constrições, onde estes efeitos foram analisados por meio de transporte eletrônico via campo externo longitudinal. Nossos cálculos foram parametrizados pelo modelo semi-empírico de Huckel estendido-ETH, adotando-se o método das funções de Green de não equilíbrio- NEGF. As correntes foram calculadas via equação de Landauer que usa a função de transmissão da região espalhadora ao fluxo de elétrons com energia (E) vinda do eletrodo esquerdo. Por meio dessa abordagem, foi possível analisarmos o comportamento dos portadores de carga em cada um os dispositivos propostos, bem como, a natureza de tal comportamento. Verificaram-se nas curvas I(V) dois regimes de transporte: Ôhmico e NDR, verificando máximos de corrente e, também a tensão de limiar (VTh1<VTh2<VTh3<VTh4) em que ocorre a mudança de regime de transporte para a nanofita (sem oxidação, alta oxidação, media oxidação e baixa oxidação, respectivamente) isso sugere estados eletrônicos localizados devido à presença de duas nanoconstrições na nanofita de grafeno como regiões de confinamentos quânticos e proporcionais a funcionalização. Observou-se que o poro ao centro da fita criou duas nanoconstrições nas laterais da fita, permitindo assim o confinamento eletrônico nos dispositivos baseados em nestas fitas, caracterizando-as como um diodo de tunelamento ressonante-DRT verificado pela relação pico/vale 7:1. Podemos concluir que nossa proposta de dispositivo está consoante aos resultados experimentais para nanodispositivos e que suas aplicabilidades não se restringirão diante dos estados de oxidação, sendo um fator positivo e que contribui para os aspectos fenomenológicos de transporte eletrônico em grafeno e para a fabricação de nanodispositivos de baixo custo. / In this work we investigate the effects of oxidative functionalization groups on the structure of graphene nanoribbons and also the effects of constrictions caused by the emergence of a nanopore to the tape, where these effects were analyzed by means of electron transport via longitudinal external field center. Our calculations were parameterized by the semi-empirical model of the theory of extended Huckel-ETH, adopting the method of Green's functions of non equilíbrio- NEGF. The currents were calculated through the Landauer equation that uses the transmission function of the region spreader to the flow of electrons with energy E coming out of the electrode. By means of this approach, it was possible to analyze the behavior of charge carriers in each of the proposed devices, as well as the nature of such behavior. Were found to curves I(V) two transport regimes: Ohmic and NDR, checking maximum current and also the threshold voltage (VTh1 <VTh2 <VTh3 <VTh4) in which occurs the regime change of transport for the nanoribbon (without oxidizing, high oxidation and low average oxidation, respectively) located suggests that due to the presence of two nanoconstrições in the graphene nanoribbon as regions of quantum confinement and electronic proportional states at the functionalization. It was observed that the center pore of the tape has created two nanoconstrições in the sides of the ribbon, thus allowing the electronic confinement devices based on these ribbons, characterizing it as a resonant tunneling diode DRT verified by the peak / valley ratio. We can conclude that our proposed device is according to experimental results for nanodevices and their applicability not be restricted on the oxidation states, being a positive factor that contributes to the phenomenological aspects of electronic transport in graphene and fabrication of nanodevices low cost.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study of properties of functionalized carbon nanotubes and graphene nanoribbons. We studied, by first principles simulations, the structural and electronic properties of functionalized nanotubes and interacting with molecules of biological interest. Furthermore, we analyzed the properties of these systems under the action of applied electric fields, noting changes on their behavior due the external perturbation. In the case of nanotubes interacting with anti-inflammatory nimesulide, the interaction is repulsive, resulting in energetically unstable systems, but which may have their behavior controlled by the external field. We noted that when the carbon nanotube interacts with the antimalarial primaquine, a strong bond between the systems occurs, where the presence of primaquine can modify the electronic properties of nanotubes. In the other hand, for the case of carbon nanostructures interacting with vitamins, the interaction is weak. We also evaluated the structural, electronic and magnetic properties of Ti and Mn doped carbon nanoribbons (or graphene nanoribbons) and properties of defective nanoribbons, by first principles simulations (code SIESTA), and analyzed the electronic transport properties of some of these systems, by tight-binding methods associated with Green s functions. We noted that there is an edge and sublattice effect in zigzag edged nanoribbons, where the properties of the systems can be modified depending on the defect location with respect to the edge. We demonstrate that carbon nanostructures can act as selective sensors of atoms or adsorbed molecules, besides representing a route to drug delivery. / Este trabalho apresenta um estudo de propriedades de nanotubos e nanofitas de carbono funcionalizados. Estudamos, via simulação de primeiros princípios, as propriedades estruturais e eletrônicas de nanotubos funcionalizados e interagindo com moléculas de interesse biológico. Analisamos, ainda, as propriedades destes sistemas sob a ação de campos elétricos aplicados, observando alterações em seus comportamentos devido à perturbação externa. No caso dos nanotubos interagindo com o anti-inflamatório nimesulida, a interação é repulsiva, resultando em sistemas energeticamente instáveis, mas que podem ter seu comportamento controlado pelo campo externo. Notamos que quando o nanotubo de carbono interage com o antimalárico primaquina, ocorre uma ligação forte entre estes sistemas, onde a presença da primaquina pode alterar as propriedades eletrônicas dos nanotubos. Já para o caso de nanoestruturas de carbono interagindo com vitaminas, a interação é fraca. Avaliamos também as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas de nanofitas de carbono (ou nanofitas de grafeno) dopadas por átomos de Ti e Mn e propriedades de nanofitas defeituosas, por meio de simulações de primeiros princípios (código SIESTA), e avaliamos as propriedades de transporte eletrônico de alguns destes sistemas, por métodos tight-binding associados a funções de Green. Observamos que existe um efeito de borda e de sub-rede nas nanofitas de borda zigzag, onde as propriedades dos sistemas podem ser alteradas de acordo com a localização do defeito com relação à borda. Nós mostramos que as nanoestruturas de carbono podem agir como sensores seletivos de átomos ou moléculas adsorvidos, além de representarem uma rota de carreamento de fármacos.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-29T16:56:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoNanofitas.pdf: 2109724 bytes, checksum: 53d7670be2e9030dd1cfbb438959ef65 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-11T13:02:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoNanofitas.pdf: 2109724 bytes, checksum: 53d7670be2e9030dd1cfbb438959ef65 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-11T13:02:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoNanofitas.pdf: 2109724 bytes, checksum: 53d7670be2e9030dd1cfbb438959ef65 (MD5) Previous issue date: 2012 / O grafeno é a primeira estrutura bidimensional que se obteve experimentalmente. Sua rede cristalina é uma rede hexagonal, conhecida como "Favo de Mel", possui apenas um átomo de espessura. Cortes em folhas de grafeno, privilegiando determinada direção, geram as chamadas nanofitas de grafeno. Embora o grafeno se comporte como um metal, é sabido que as nanofitas podem apresentar comportamentos semicondutor, metálico ou semimetálico, dependendo da direção de corte e/ou largura da fita. No caso de nanofitas semicondutoras, a largura da banda proibida (band gap), entre outros fatores, depende da largura da nanofita. Neste trabalho adotou-se métodos de primeiros princípios como o DFT (Density Functional Theory), afim de se obter as características tais como curvas de dispersão para nanofitas. Neste trabalho, primeiramente, são apresentados diagramas de bandas de energia e curvas de densidade de estados para nanofitas de grafeno semicondutoras, de diferentes larguras, e na ausência de influências externas. Utilizou-se métodos de primeiros princípios para a obtenção destas curvas e o método das funções de Green do Não Equilíbrio para o transporte eletrônico. Posteriormente foi investigado a influência da hidrogenização, temperatura e tensão mecânica sobre sistema, isso além, de se estudar o comportamento de transporte eletrônico com e sem influência destes fatores externos. Vale ressaltar que as nanofitas de grafeno apresentam possibilidades reais de aplicação em nanodispositivos eletrônicos, a exemplo de nanodiodos e nanotransistores. Por esse motivo, é importante se ter o entendimento de como os fatores externos alteram as propriedades de tal material, pois assim, espera-se que as propriedades de dispositivos eletrônicos também sejam influenciadas da mesma maneira que as nanofitas. / Graphene was the first two-dimensional structure obtained experimentally. Its crystalline lattice is a hexagonal network with a unique atom thick, known as "Honeycomb". Cuts in graphene sheets, which favour a certain direction, generate the so-called graphene nanoribbons. Although graphene behaves like a metal, without considering spin polarization or any type of doping, nanoribbons can present metallic, semi-metallic or semiconductor behaviour, depending on the direction of the cutting and/or on the width of the ribbon. In the case of the semiconductor nanoribbons, the width of the band gap can depends directly on the width of the nanoribbon. Generally, the treatment is predominantly computational, for example, the DFT (Density Functional Theory), in order to obtain characteristics such as dispersion curves for nanoribbons, or the treatment can also be experimental. In this work, we first present the diagrams of energy band and the curves of density of states for semiconductor graphene nanoribbons of different widths and in the absence of external influences. Methods of first principles were used to obtain these curves and the method of Green functions of non-equilibrium was used to obtain the electronic transport. Subsequently, we investigated the influence of the hydrogenation, of the temperature and of the mechanical stress over the system, in order to analyse the behaviour of the electronic transport with and without external influences. It is noteworthy that the graphene nanoribbons present real possibilities of application in nanoelectronic devices, such as nanodiodos and nanotransistores. For this reason, it is important to understand how external factors affect the properties of such materials. So, it is expected that the properties of electronic devices are also influenced in the same way as the properties of the nanoribbons are influenced too.