Utilizando a Teoria do Funcional da Densidade e uma Dinâmica Molecular Quântica que envolve o formalismo de pseudopotenciais de primeiros princípios, fizemos cálculos de energia total, estrutura atômica e eletrônica, e ligação química para o cristal perfeito e a superfície do GaAs e das fases cúbicas do BN, AlN, GaN e InN para determinar o papel da aproximação do gradiente generalizado (GGA) no funcional da energia de troca e correlação. Nossos cálculos mostram que o efeito combinado da correção não linear de caroço e da aproximação GGA é responsável por mudanças significativas nos parâmetros estruturais e na estrutura eletrônica das superfícies polares (001), independentemente da ionicidade do elemento estudado, mas não é decisivo para o cristal perfeito e para a superfície não polar (110). Nossos cálculos para a superfície (110) sugerem que o ângulo de rotação da ligação entre o cátion e o ânion que compõe a superfície é muito menor para os nitretos: em torno de '15 GRAUS' comparado com '30 GRAUS'^='2 GRAUS' observado para outros semicondutores III-V. Neste trabalho propomos um modelo com uma relação linear entre o deslocamento vertical do cátion e do ânion da camada superficial e o comprimento de ligação superficial após a relaxação para todos os semicondutores III-V e II-VI. Além disso, observamos que a superfície (110) de todos os compostos III-V e II-V apresentam estruturas eletrônicas muito similares. Também procedemos estudos detalhados da estrutura atômica e eletrônica das reconstruções (1x1), (2x2), c(2x2) e (1x4) terminadas em gálio da fase cúbica do GaN crescido na direção (001). Observamos que apenas a reconstrução (1x4) apresenta caráter semicondutor e que é a mais favorável do ponto de vista energético, com um ganho de 0,29 eV por célula unitária (1x1) quando comparada a reconstrução (1x1). A incorporação do nitrogênio em estruturas cristalinas foi inicialmente testada considerando a dissociação e posterior adsorção das moléculas 'NH IND. 3' e 'NF IND. 3' sobre a reconstrução (2x1) da superfície de silício crescida na direção (001). Nossos cálculos apontam que quando da adsorção, em ambos os casos, os dímeros de Si são simétricos e seu comprimento de ligação é maior do que o observado para a superfície livre. As estruturas eletrônicas obtidas indicam que a adsorção das moléculas de amônia e de trifluoreto de nitrogênio resultam na passivação da superfície de silício.

Utilizando a Teoria do Funcional da Densidade e uma Dinâmica Molecular Quântica que envolve o formalismo de pseudopotenciais de primeiros princípios, fizemos cálculos de energia total, estrutura atômica e eletrônica, e ligação química para o cristal perfeito e a superfície do GaAs e das fases cúbicas do BN, AlN, GaN e InN para determinar o papel da aproximação do gradiente generalizado (GGA) no funcional da energia de troca e correlação. Nossos cálculos mostram que o efeito combinado da correção não linear de caroço e da aproximação GGA é responsável por mudanças significativas nos parâmetros estruturais e na estrutura eletrônica das superfícies polares (001), independentemente da ionicidade do elemento estudado, mas não é decisivo para o cristal perfeito e para a superfície não polar (110). Nossos cálculos para a superfície (110) sugerem que o ângulo de rotação da ligação entre o cátion e o ânion que compõe a superfície é muito menor para os nitretos: em torno de '15 GRAUS' comparado com '30 GRAUS'^='2 GRAUS' observado para outros semicondutores III-V. Neste trabalho propomos um modelo com uma relação linear entre o deslocamento vertical do cátion e do ânion da camada superficial e o comprimento de ligação superficial após a relaxação para todos os semicondutores III-V e II-VI. Além disso, observamos que a superfície (110) de todos os compostos III-V e II-V apresentam estruturas eletrônicas muito similares. Também procedemos estudos detalhados da estrutura atômica e eletrônica das reconstruções (1x1), (2x2), c(2x2) e (1x4) terminadas em gálio da fase cúbica do GaN crescido na direção (001). Observamos que apenas a reconstrução (1x4) apresenta caráter semicondutor e que é a mais favorável do ponto de vista energético, com um ganho de 0,29 eV por célula unitária (1x1) quando comparada a reconstrução (1x1). A incorporação do nitrogênio em estruturas cristalinas foi inicialmente testada considerando a dissociação e posterior adsorção das moléculas 'NH IND. 3' e 'NF IND. 3' sobre a reconstrução (2x1) da superfície de silício crescida na direção (001). Nossos cálculos apontam que quando da adsorção, em ambos os casos, os dímeros de Si são simétricos e seu comprimento de ligação é maior do que o observado para a superfície livre. As estruturas eletrônicas obtidas indicam que a adsorção das moléculas de amônia e de trifluoreto de nitrogênio resultam na passivação da superfície de silício.

In this work, wecarry out theoretical study of the silicon surface reconstruction (7x7) grown in the [111] direction, denoted by Si(111) (7x7), using the Density Functional Theory formalism, within the Local Density Approximation (LDA) for the exchange correlation term. The interaction with the valence electrons and the core ion (nucleus more core electrons) was described by norm conserving, non local pseudopotential approach, compatible with the LDA. The one electron Kohn Sham equations was solved self consistently, by expanding the one electron functions in terms of linear combination of numerical atomic orbitals. All the calculations were realized using the Siesta computational code. Using the clean surface reconstruction model of Si(111) (7x7), propose by Takayanagi et al.[1, 2], we modeled the surface as a slab, in which the (7x7) unitary cell contained 200 Si atoms distributed in one adatom layer (Si atoms on the topmost layer) and the other four layers, with 49 H atoms used for saturate the dangling bonds of the most internal layer of the slab. The structural analysis of the Si(111) (7x7) reconstructed surface and the electronic structure analysis showed a good agreement with both the experimental and theoretical results disposable, reproducing correctly the band structure, the surface levels and the metallic character of this surface. The obtained energy per surface atom was 1,132 eV with respect to the bulk energy. It was performed the study of the vacancy energy formation of adatoms on this surface. We find an average value of 1,2 eV of a single vacancy formation of adatom the Si(111) (7x7) surface. The analysis of the energy bands made possible to identify the electronic states due to the adatoms dangling bonds. As a first application of the obtained results to the Si(111) (7x7) clean surface, we investigated the possible states of the physisorption of the chlorobenzene molecules on specific sites on the Si(111) (7x7) surface. This study showed that chlorobenzene molecules interact with the surface for distances around 3,0 Å from the adatoms. We also inferred that the triangular faulted subunit sites are energetically most favorable to the adsorption than the correspondent triangular unfaulted subunit sites. We plotted the adsorption energy curve of the chlorobenzene on the corner adatom at the triangular faulted unitary cell (7x7). The equilibrium distance and the adsorption energy obtained was 3,005 Å and 0,161 eV, respectively. The magnitude of this interaction corresponds to a physics adsorption of the chlorobenzene molecule on the Si(111) (7x7) surface. / Neste trabalho, realizamos o estudo teórico da reconstrução (7x7) da superfície de Silício crescida na direção [111], denotada por Si(111) (7x7), utilizando para isto o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade, com a Aproximação da Densidade Local (LDA - LocalDensityApproximation) para o termo de troca correlação. A interação entre os elétrons de valência e o íon de caroço (núcleo mais os elétrons de caroço) foi descrita por meio da Teoria dos Pseudopotenciais não locais de norma conservada, compativel com a LDA. As equações de Kohn Sham de um elétron foram resolvidas autoconsistentemente, expandindo as funções de um elétronemtermos de combinação linear de orbitais atômico numéricos, com base double . Todos os cálculos foram realizados utilizando o código computacional Siesta. Utilizando o modelo de reconstrução da superfície livre de Si(111) (7x7), proposto por Takayanagi et al.[1, 2], modelamos a superfície como um slab, cuja célula unitária (7x7) contém 200 átomos de Si distribuidos em uma camada de adatoms (átomos de Si adsorvidos sobre a superfície propriamente dita) e quatro outras camadas, além dos 49 átomos de H usados para saturar as ligações pendentes da camada mais interna ao material. A análise estrutural da superfície reconstruída Si(111) (7x7) e a análise da estrutura eletrônica mostrou ótima concordância tanto com trabalhos experimentais quanto teóricos, reproduzindo corretamente a estrutura de bandas, os níveis de superfície e o caráter metálico desta superfície. A energia obtida em nosso cálculo por átomo da superfície, com relação à energia bulk, foi de 1,132 eV. Foi feito o estudo da energia de formação de vacâncias do tipo adatom. Encontramos um valor médio de 1,2 eV para a formação de uma única vacância do tipo adatom na superfície Si(111) (7x7). A análise da estrutura de bandas do sistema com vacância possibilitou identificar os estados eletrônicos devido às ligações pendentes dos adatoms. Como uma primeira aplicação dos resultados obtidos para a superfície livre de Si(111) (7x7), investigamos possíveis estados de fisiossorção de moléculas de clorobenzeno sobre sítios específicos sobre a superfície de Si(111) (7x7). Este estudo mostrou que as moléculas de clorobenzeno interagem com a superfície para distâncias de aproximadamente 3,0 Å dos adatoms. Também inferimos que sítios da subunidade triangular faulted são mais favoráveis à adsorção do que sítios correspondentes sobre a subunidade triangula unfaulted. Levantamos a curva da energia de adsorção do clorobenzeno sobre o adatom de canto da subunidade triangular faulted da célula unitária (7x7). A distância de equilíbrio e a energia de adsorção obtidas foram 3,005 Å e 0,161 eV, respectivamente. A ordem de grandeza desta interação corresponde a uma adsorção física da molécula de clorobenzeno sobre a superfície Si(111) (7x7). / Mestre em Física