Submitted by Allan Victor Ribeiro null (allan_vr@fc.unesp.br) on 2017-07-12T19:01:29Z No. of bitstreams: 1 Tese - Allan Victor Ribeiro - Posmat.pdf: 17273743 bytes, checksum: 654df5020a2a453977468f1145d42794 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-07-14T17:31:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ribeiro_av_dr_bauru.pdf: 17273743 bytes, checksum: 654df5020a2a453977468f1145d42794 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-14T17:31:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ribeiro_av_dr_bauru.pdf: 17273743 bytes, checksum: 654df5020a2a453977468f1145d42794 (MD5) Previous issue date: 2017-04-28 / Gregory H. Wannier, em 1937, introduziu uma representação dos orbitais eletrônicos cristalinos em termos de funções ortogonais localizadas relacionadas com os orbitais atômicos. Posteriormente, tais funções foram denominadas de funções de Wannier. Nos últimos 30 anos, estudos têm apontado um crescente interesse da comunidade científica por estas funções, as quais se apresentam como uma poderosa ferramenta para a investigação de propriedades eletrônicas dos materiais. No presente trabalho, calculamos as funções de Wannier de sistemas nanométricos uni e bidimensionais. Inicialmente abordamos o cumuleno, que consiste em uma cadeia de átomos de carbono equidistantes. As funções de Bloch são obtidas por meio de uma aproximação tight binding e as funções de Wannier, usuais e generalizadas, são calculadas a partir delas. São discutidas as relações entre as funções de Wannier generalizadas obtidas por meio da aproximação tight binding e os orbitais híbridos sp. Isto é explicado mediante um cálculo alternativo das funções de Wannier, com a resolução de um problema de autovalores generalizado. As funções de Wannier das bandas pz do grafeno também são calculadas a partir das funções de Bloch obtidas por meio de uma aproximação tight binding. Elas assemelham-se a um par ligante-antiligante de orbitais moleculares, e suas propriedades de simetria e localização são discutidas. Finalmente, por meio de uma combinação dos pacotes PWscf (baseado em ondas planas e na teoria do funcional da densidade) e wannier90, são calculadas as funções de Bloch e as funções de Wannier de máxima localização para arranjos atômicos com periodicidade em uma (cumuleno) e duas (grafeno) dimensões. Há boa concordância qualitativa entre os resultados da aproximação tight binding e da teoria do funcional da densidade. Deve-se ressaltar que a primeira abordagem não usa réplicas dos sistemas nanométricos e permite aprofundar o entendimento das propriedades e do significado físico das funções de Wannier. / Gregory H. Wannier, in 1937, introduced a representation of crystalline electronic orbitals in terms of localized orthogonal functions related to the atomic orbitals. Subsequently, these functions were called as Wannier functions. Over the past 30 years, studies have shown a growing interest of the scientific community on these functions, which are presented as a powerful tool to investigate the electronic properties of materials. In this work, we calculate the Wannier functions of one and two-dimensional nanometric systems. Initially, we deal with cumulene, which consists of a chain of equidistant carbon atoms. The Bloch functions are obtained by means of a tight binding approximation, and the standard and the generalized Wannier functions are derived from them. The relations between the generalized Wannier functions and the sp hybrid orbitals is discussed. This is explained through an alternative calculation of the Wannier functions, solving a generalized eigenvalue problem. The pz Wannier functions of graphene are also calculated from the Bloch functions obtained by means of a tight binding approximation. They resemble a bonding-antibonding pair of molecular orbitals, and their symmetry and localization properties are discussed. Finally, by combining the computational codes PWscf (based on plane waves and the Density-functional Theory) and wannier90, the Bloch functions and the maximally localized Wannier functions are calculated for atomic arrangements which are periodic in one (cumulene) and two (graphene) dimensions. There is a good qualitative agreement between the results of the tight binding and density-functional approaches. It should be noted that the former does not involve replicas of the nanometric systems and allows a deeper understanding of the properties and the physical meaning of the Wannier functions.

Orientador: Peter Alexander Bleinroth Schulz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-09T13:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caetano_RodrigoAndre_D.pdf: 1870062 bytes, checksum: 8848ab4c022cee347bb886bd1b5d15c5 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Nesse trabalho estudamos as propriedades eletrônicas de alguns sistemas de dimensão nanométricas. Primeiramente, vemos os efeitos do emparelhamento de base em cadeias duplas desordenadas. Dois aspectos são considerados: Para um conjunto de parâmetros que simulam o DNA, o emparelhamento de base aumenta significativamente o comprimento de localização da função de onda. Para um outro determinado conjunto de parâmetros, há uma forte sugestão de uma transição de estados localizados-delocalizados. Investigamos tamb'em os efeitos da correlação no grau de localização em sistemas 2D. Propomos um modelo minimamente realista para descrever a correlação na formação de pontos quânticos auto formados. O modelo que propomos é a proibição de dois pontos quânticos serem primeiros vizinhos. Revelamos tanto os efeitos estruturais, como a formação de regiões de redes binárias ordenadas, quanto os efeitos na estrutura eletrônica. Verificamos que a Razão de Participação é cerca de três vezes maior quando a correlação é considerada. Finalmente, consideramos os efeitos do acoplamento spin-órbita em nanotubos de carbono. Levamos em conta dois tipos de acoplamento: O intrínseco, devido ao arranjo dos átomos de carbono no nanotubo e o acoplamento spin-órbita Rashba, devido a um campo elétrico externo. Mostramos que o acoplamento intrínseco abre um gap, se o nanotubo for metálico na ausência de spin-órbita, ou aumenta o gap se, na ausência de spin-órbita, o nanotubo não for metálico. Mostramos também que para nanotubos metálicos (na ausência do acoplamento spin-órbita) a dependência da amplitude do gap depende de forma universal com a amplitude do campo elétrico externo, no entando, para nanotubos que já apresentam gap mesmo sem levar o acoplamento spin-órbita em conta, a amplitude do gap depende fortemente da quiralidade do nanotubo. Por fim, mostramos que a degenerescência de spin é quebrada pelo acoplamento spin-órbita Rashba / Abstract: In this work, we study the electronic properties of some nanometric systems. Firstly, we look the effects of the base pairing em disordered double chain. Two aspects are considered: For a set of parameters which mimics the DNA, the base pairing enlarge significantly the spread of the wave function. For another determined set of parameters, there is a strong suggestion of a truly localization-delocalization transition. We also investigate the effects of correlation in the localization degree in 2D systems. We propose a minimally realist model in order to describe the correlation in the growth of self-assembled quantum dots. The model that we propose is: There are no quantum dots first neighbor. We reveal as the structural effects, like the formation of "quantum crystals", as the effects in the electronic structure. We report that the Participation Ratio is around three times bigger whenever the correlation is imposed. Finally, we consider the effects of the spin-orbit coupling in carbon nanotubes. We take into account two kinds of coupling: The intrinsic, due to the hexagonal arrangement of the carbon atoms in carbon nanotubes and the Rashba spin-orbit coupling, due to the external electric field. We show that the intrinsic opens a gap, if the nanotube is metallic in the absence of spin-orbit coupling, or increase the gap, if the nanotube is not metallic in the absence of spin-orbit coupling. We also show that for metallic nanotubes (in the absence of spin-orbit coupling) the gap amplitude depends in an universal way with the external electric field amplitude. However, for non metallic nanotubes (in the absence of spin-orbit coupling), the gap amplitude strongly depends on the carbon nanotube chirality. By the end, we show that the Rashba spin-orbit coupling lifts the spin degenerescency / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências