Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-13T14:34:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TeoriaFuncionalDensidade.pdf: 4709222 bytes, checksum: d3a13a046cbf142b21524b8b31ed5a7d (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-14T16:17:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TeoriaFuncionalDensidade.pdf: 4709222 bytes, checksum: d3a13a046cbf142b21524b8b31ed5a7d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T16:17:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TeoriaFuncionalDensidade.pdf: 4709222 bytes, checksum: d3a13a046cbf142b21524b8b31ed5a7d (MD5) Previous issue date: 2015-03-10 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nós realizamos um estudo teórico utilizando a Teoria do Funcional de Densidade, com o funcional B3LYP e o conjunto de base 6-311++g(d,p) para calcular propriedades termodinâmicas dos seguintes combustíveis e biocombustíveis: gasolina, etanol e a mistura gasolina-etanol, todos em fase gasosa. As simulações foram efetuadas através dos softwares Gaussian 09W e Hyperchem 7.5 e permitiram a obtenção de propriedades dos combustíveis, as quais, foram calculadas a partir da média ponderada das propriedades de cada um de seus componentes majoritários, considerando as frações mássicas dos componentes de dois tipos de gasolina, um tipo Padrão e outro comercial Regular. As simulações foram realizadas para várias temperaturas na faixa de 0,5K - 1500K e sob a pressão de 1atm, utilizando o Modelo do Contínuo Polarizável para simular sistemas solvatados de cada componente. Foram realizadas simulações de análise conformacional, otimização de geometria molecular e cálculos de frequências Raman e Infravermelho, onde foi possível obter resultados às grandezas físicas associadas à reatividade química e ao poder calorífico dos combustíveis durante a etapa de injeção na câmara de combustão. Também foi possível comprovar e quantificar algumas características importantes dos combustíveis, como por exemplo, o alto potencial antidetonação que o etanol apresenta quando comparado à gasolina, bem como a influência causada pelo etanol quando misturado à gasolina. Estas comparações foram feitas a partir do estudo dos potenciais termodinâmicos (energia interna, entalpia e energia livre de Gibbs) obtidos durante as simulações. Além destas propriedades foram calculas a taxa de variação da energia livre de Gibbs em relação à temperatura, o calor específico a pressão constante e a entropia dos componentes majoritários. Esta metodologia foi reproduzida utilizando os métodos computacionais semi-empíricos PM3 e PM6, com a finalidade de comparar sua precisão e o custo computacional dos mesmos no estudo de combustíveis, aos resultados obtidos a partir do funcional B3LYP. Verificamos que os métodos semi-empiricos apresentam precisão tão boa quanto o funcional B3LYP nos cálculos de propriedades termodinâmicas dos componentes majoritários, porém com um custo computacional significativamente menor, possibilitando que este trabalho se apresente como uma metodologia bastante eficaz para a caracterização termodinâmica de combustíveis e biocombustíveis na fase gasosa quando os mesmos são injetados na câmara de combustão. / We performed a theoretical study using the Density Functional Theory, with the B3LYP functional and the basis set 6-311 ++ g (d,p) to calculate thermodynamic properties of the following fuels and biofuels: gasoline, ethanol and gasoline-ethanol mixture, all in gas phase. The simulations were performed using the Gaussian 09W and Hyperchem 7.5 softwares and allowed obtaining fuel properties, witch, were calculated from the weighted average for the properties to each of its major components, considering the mass fractions of components of two kinds of gasoline, a Standard kind and other commercial Regular. The simulations were performed at various temperatures in the range 0.5K - 1500K and under pressure of 1 atm, using continuous polarizable model to simulate solvated systems with each component. Conformational search, optimization and frequency calculations (Raman and Infrared) were simulated were performed, where, was possible obtain physical quantities associated with the chemical reactivity and the calorific value of the fuel during injection phase in combustion chamber. It was also possible to prove and quantify some relevant characteristics of the fuels, such as, The high antiknock potential of ethanol when it is compared to the gasoline, as well as the influence caused for the ethanol when blended with gasoline. These comparisons were made from the study of thermodynamic potentials (internal energy, enthalpy and Gibbs free energy) obtained during the simulations. In addition to these properties, were calculated the rate-change of Gibbs free energy in relation to temperature, specific heat at constant pressure and entropy of major components. This methodology has been reproduced using the PM3 and PM6 semi-empirical computational methods with the purpose of comparing its accuracy and computational cost to the study fuels, to results obtained from the B3LYP functional. We found that semi-empirical methods can generate results with a good precision for calculations of thermodynamic properties of major components, as such as, functional B3LYP showed, but with a computational cost far lower enabling this work presents itself as a methodology quite effective for the thermodynamic characterization of fuels and biofuels in the gas phase, when they are injected into the combustion chamber.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work first we perform a study about the stability, and the electronic properties of SiC growth in the [111] direction when defects are present. We use the supercell method and the dangling bonds on the surface of the nanowire are saturated using hydrogen atoms. We also study antisites and substitutional oxygen impurity in this nanowire. For this study, we perform total energy and band structure calculations in order to find the most stable positions for the defects and the influence of defects on the electronic properties. The first principles calculations are based in the density functional theory (DFT). The Generalized Gradient Approximation (GGA) is used for the exchange-correlation term and the ion-electron interactions are replaced by norm-conserving fully separable Troullier-Martins pseudopotentials. For the calculations we use the SIESTA-code and the standard Kohn-Shan (KS) equations are solved in a fully selfconsistent way. The Khon-Sham orbitals are expanded using a linear combination of numerical pseudo-atomic orbitals (PAOs). All calculations use a split-valence double-zeta quality basis set enhanced with a polarization function. Our results show that the most stable antisite is a carbon atom occupying a silicon site (CSi). The substitutional oxygen impurity is most stable in a carbon site (OC). Both defects present a greater stability in the surface of the nanowire when compared with the core of the nanowire. The analysis of electronic structure of bands shows that these defects give rise to electronic levels localized in the band gap of the nanowire. Keywords: density functional theory; SiC nanowires, antisites, impurity. / Neste trabalho inicialmente realizamos um estudo da estabilidade e das propriedades eletrônicas de nanofios de SiC crescido na direção [111]. Foi utilizado o método de supercélula e as ligações pendentes da superfície do nanofio de SiC foram saturadas com átomos de H. Em seguida analisamos estes nanofios na presença de antissítios e impureza substitucional de oxigênio. Para estes defeitos procurou-se as posições energeticamente mais estáveis e as influências dos defeitos nas propriedades eletrônicas. Os cálculos teóricos foram de primeiros princípios fundamentados na Teoria do Funcional da densidade (DFT). Utilizamos para descrever o funcional de trocacorrelação a Aproximação do Gradiente Generalizado (GGA) e para a interação elétron-íon pseudopotenciais de norma conservada de Troullier-Martins. As densidades de carga são obtidas resolvendo as equações de Kohn-Sham, com as funções de onda de Khon-Sham expandidas em uma combinação linear de orbitais atômicos. Nossos resultados mostram que o antissítio mais estável é um átomo de carbono ocupando o sítio de um átomo de silício (CSi). A impureza substitucional de oxigênio apresenta uma maior estabilidade quando ocupando o sítio do átomo de carbono (OC). Ambos os defeitos são energeticamente mais estáveis na superfície do nanofio de SiC. A análise da estrutura eletrônica apresenta que níveis de defeitos podem estar presentes no gap do nanofio, porém nos sítios mais estáveis não observa-se níveis de defeitos no gap.

SILVA, Bruno Poti e. Propriedades estruturais, eletrônicas, ópticas e vibracionais do cristal de ureia sob formalismo DFT. 2014. 97 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-09-12T19:37:01Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_bpsilva.pdf: 12912641 bytes, checksum: fc4c9bac87d198c8c4aa0d75b058e861 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-09-12T19:51:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_bpsilva.pdf: 12912641 bytes, checksum: fc4c9bac87d198c8c4aa0d75b058e861 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-12T19:51:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_bpsilva.pdf: 12912641 bytes, checksum: fc4c9bac87d198c8c4aa0d75b058e861 (MD5) Previous issue date: 2014 / Urea, [CO(NH2)2], was the first organic compound artificially synthesized in 1828 by Friedrich Whoeler. Since then, have been widely studied in various fields as nonlinear optics, protein denaturation and so on. The presence of electronegative atoms in the urea molecule, Oxygen and Nitrogen, in the carboxyl and amine groups, makes it possesses great capacity of formation hydrogen bonds, enabling the formation of complexes networks of urea molecules. The ability to formation hydrogen bonds causes that urea interacts strongly with water. Several studies have tried to explain the effect of urea in the water structure. Due interesting properties of urea crystals in the nonlinear optics, scientists have calculated, using various methods of first principle calculations, the properties of the urea crystals. The first theoretical calculation done on the urea crystal properties was made by Dovesi {it et al.} In the present work, the studies convergence were made using GGA and LDA functionals of exchange-correlation and dispersion corrections to urea crystal, which has symmetry tetragonal and spacial group P-421m. The study of energies cutoff for convergence of the crystal was done. With this evaluation of the study of the convergence, showed that the functional that described the geometrical parameters of the urea crystal was the GGA+TS. The study of electronic, optical and vibrational properties was also conducted. The energy gap obtained to the urea crystal was 5.12 eV, which is in good agreement with experimental result, obtained by optical absorption, 5.85 eV, an error of -0.63 eV (-11{\%}). The effective mass calculations along differents pathways in the crystal, and using differents exchange-correlation functionals, proved to be consistent when results are compared between the functionals, obtained an maximum error of 10({\%}). The infrared spectra obtained both crystal and the molecule of urea showed excellent agreement with data reported in the literature. In this work also calculated, using DFT, the Raman spectra of urea crystal in different pressure values, 0.0, 0.2, 0.4, 0.6 e 0.8 GPa. The results showed that the bands presents in lower wavenumbers are more sensitive to application of pressure to the crystal, having the ocurrence of a blue shift in these, which can be characterized an atomic rearrangement in the crystal of urea. / Ureia, [CO(NH2)2], foi o primeiro composto orgânico sintetizado artificialmente em 1828 por Friedrich Whoeler. Desde então tem sido largamente estudada em diversos campos como óptica não linear, desnaturação de proteínas, dentre outros. A presença de átomos eletronegativos na molécula de ureia, Oxigênio e Nitrogênio, nos grupos carboxila e amina, faz com que esta possua grande capacidade de formação de ligações de hidrogênio, possibilitando a formação de redes complexas de moléculas de ureia. Esta capacidade de formação de ligação de hidrogênio faz com que a ureia interaja fortemente com a água. Diversos estudos tem tentado explicar o efeito da ureia na estrutura da água. Devido interessantes propriedades dos cristais de ureia na óptica não linear, cientistas tem calculado, utilizando vários métodos de primeiros princípios, as propriedades dos cristais de ureia. O primeiro cálculo teórico feito sobre as propriedades eletrônicas foi feito por Dovesi et al. No presente trabalho foram feitos estudos de convergência utilizando funcionais de correlação-troca GGA e LDA, bem como correções de dispersão para o cristal de ureia, que possui simetria tetragonal e grupo espacial P-421m. Foi também feito um estudo da energia de corte utilizada na convergência do cristal. Com isso a avaliação do estudo de convergência mostrou que o funcional que melhor descrevia os parâmetros geométricos do cristal de ureia foi o GGA+TS. Foi realizado também um cálculo da estrutura eletrônica, propriedades ópticas e vibracionais, com este funcional. O gap de energia obtido para o cristal de ureia foi de 5.12 eV, que está em boa concordância com o resultado experimental, obtido por absorção óptica, de 5.85 eV, um erro de -0,63 eV (-11%). O cálculo de massas efetivas ao longo de diferentes direções no cristal, e utilizando diferentes funcionais de correlação-troca, mostrou-se coerente quando são comparados os resultados entre os funcionais, obtendo-se um erro máximo de 10{\%} do melhor funcional com os outros. Os espectros de Infravermelho obtidos tanto para o cristal quanto para molécula de ureia apresentaram excelente concordância com os dados relatados na literatura. Neste trabalho, também foram calculados, via DFT, os espectros Raman do cristal de ureia em diferentes pressões, 0.0, 0.2, 0.4, 0.6 e 0.8 GPa. Os resultados mostraram que as bandas presentes em menores números de onda são mais sensíveis a aplicação da pressão no cristal, havendo a ocorrência de um blue shift nestas, que pode caracterizar um rearranjo atômico no cristal de ureia.

As reações de cicloadição 1,3-dipolar são uma poderosa ferramenta para a síntese de uma variedade de anéis heterocíclicos de cinco membros. A cicloadição de óxidos de nitrila à olefinas, em particular, é de considerável interesse para a obtenção de isoxazolinas, que são intermediários versáteis na síntese de produtos naturais e de materiais com potencial aplicação como cristais líquidos. A Teoria do Funcional da Densidade foi utilizada para estudar o mecanismo da reação cicloadição [3+2] 1,3-dipolar que ocorre, inicialmente, entre o óxido de benzonitrila e o ácido vinilacético. Para tal, foram empregados os funcionais PBE1PBE, B3LYP e CAM-B3LYP, no nível 6-311+G(2d,p). O efeito do solvente foi avaliado através dos modelos PCM e CPCM, com os solventes THF, acetonitrila e formamida. A análise dos Orbitais Moleculares de Fronteira e do recente modelo da distorção e interação do estado de transição (TS), foram utilizadas para explicar a regioquímica dos produtos obtidos e a formação do bisaduto 2:1, originário de duas sucessivas cicloadições envolvendo o óxido de benzonitrila. Na primeira etapa da reação, os cálculos evidenciaram a formação do produto 3,5-dissubstiuído. Embora existam diferenças quantitativas nas barreiras de ativação e reação calculadas com os três diferentes funcionais, a previsão dos produtos majoritários e estados de transição mais favoráveis é a mesma, independentemente do funcional utilizado. Contudo, a conformação dos estados de transição e dos produtos intermediário e final da reação sofre uma pequena alteração com a inclusão do efeito do solvente. A energia de ativação nas duas cicloadições aumenta com o incremento da polaridade do solvente, porém, a possibilidade de formação de uma ligação de hidrogênio no estado de transição é responsável por uma diminuição na energia total de ativação. Esse resultado está diretamente vinculado à polaridade do TS. Quando comparados os resultados obtidos com os dois modelos de solvente, observou-se que ΔE≠ e ΔEreação são essencialmente as mesmas, embora as energias eletrônicas calculadas com CPCM sejam levemente inferiores às calculadas com PCM. / The 1,3-dipolar cycloaddition reactions are a powerful tool for synthesizing a wide range of 5-membered heterocyclic rings. Particularly, the cycloaddition of nitrile oxides to olefins is considerably interesting to obtain isoxazolines, which are versatile intermediaries in the synthesis of natural products and materials with potential application such as liquid crystals. The Density Functional Theory has been used to study the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition reaction mechanism that initially occurs between benzonitrile oxide and vinylacetic acid. To do that, PBE1PBE, B3LYP and CAM-B3LYP functionals have been used at level 6- 311+G(2d,p). The solvent effect was evaluated through the PCM and CPCM models, with the THF, acetonitrile and formamide solvents. The analysis of the Frontier Molecular Orbitals and of the recent distortion and interaction model of transition state (TS) have been used to explain the regiochemistry of the products obtained and the formation of the bisadduct 2:1, which is originated from two successive cycloadditions involving benzonitrile oxide. In the first reaction step, the calculations showed the formation of the 3,5-dissubstituted product. Although there are quantitative differences in the activation and reaction barriers calculated with the three different functionals, the forecasting of more favorable majoritary products and transition states is the same, no matter the functional used. However, the conformation of the transition states and of the final and intermediary products of the reaction is slightly changed by the inclusion of the solvent effect. The activation energy of both cycloadditions increases with the polarity increment of the solvent, but the possibility of formation of a hydrogen bond in the transition state is responsible for a reduction of the total activation energy. That result is directly linked to the TS polarity. When we compare the results obtained with the two solvent models, we observe that ΔE≠ and ΔEreaction are essentially the same, although the electronic energies calculated with CPCM are slightly smaller than the ones calculated with PCM.

SILVA, José Júnior Alves da. Adsorção de átomos alcalinos e halogênios em uma superfície de Grafeno: um estudo de primeiros princípios. 2008. 85 f. Dissertação (mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-05-13T22:42:26Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_jjasilva.pdf: 4132276 bytes, checksum: 961eed37504f3bed4fe8ed917e245554 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-05-14T18:27:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_jjasilva.pdf: 4132276 bytes, checksum: 961eed37504f3bed4fe8ed917e245554 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-14T18:27:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_jjasilva.pdf: 4132276 bytes, checksum: 961eed37504f3bed4fe8ed917e245554 (MD5) Previous issue date: 2008 / Graphene is currently the hottest topic in condensed-matter physics and materials science and was isolated less than four years ago. Graphene layers have been proposed as alternative materials for replacing carbon nanotubes in some applications, due to its easy synthesis and low costs. In order to explore potential applications of those nanostructures in electronic devices, through first principles based on the density functional theory, we studied the interaction between graphene surface and alkaline (Li, Na and K) and halogens (Cl, I and I$_2$ ) atoms. We verified that the adsorption of these atoms on the graphene surface cause significant modifications in the graphene electronic structure. We observed a large charge transfer between the alkaline (halogens) atoms and graphene surface. These charge transfers were found to be 0,65 - 0,85 e- from the alkaline atoms to graphene and 0,37 (0,27) e- from the graphene to chlorine (iodine) atoms. The alkaline atoms presented a larger stability on the center of one of the graphene hexagons, presenting binding energy in the range -1, 47 and -1, 03 eV, where the order of intensity is given by Li > K > Na. This predisposition for a specific site was not observed for the twostudied halogens. The chlorine atom present the larger stability when adsorbed on a top atom of the graphene surface with binding energy about 0, 98 eV, however this behavior was not be seen in the iodine atom case where equivalent binding energies for all the studied sites were found to be about 0,42 eV. The I2 molecule also does not present predilection for a specific site on the graphene surface, however it showed more stable when adsorbed with its axis perpendicular to the graphene surface plane. / O grafeno é atualmente o tópico mais corrente em física da materia condensada e ciência dos materiais e foi isolado pela primeira vez a menos de quatro anos. O grafeno tem sido proposto como um material alternativo aos nanotubos de carbono em diversas aplicações, devido a sua fácil sintetização e seu baixo custo. A fim de explorar uma potencial aplicação dessas nanoestruturas em dispositivos eletrônicos, através de cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade, estudamos a interação entre uma superfície de grafeno e átomos alcalinos (Li, Na e K) e halogênios (Cl, I e I2). Verificamos que a adsorção desses átomos na superfície do grafeno provoca significativas modificações na estrutura eletrônica do grafeno. Observamos uma grande transferência de carga entre os átomos alcalinos (halogênios) e a superfície do grafeno. Essas transferências foram da ordem de 0,65-0,85 e- dos átomos alcalinos para o grafeno e 0,37 (0,27) e- do grafeno para o átomo de cloro (iodo). Os metais alcalinos apresentaram uma maior estabilidade sobre o centro de um hexágono do grafeno, tendo energias de ligação entre -1,47 e -1,03 eV, onde a ordem de intensidade é dada por Li > K > Na. Essa predisposição por um sítio específico não foi observada para os dois halogênios estudados. O átomo de cloro apresentou uma maior estabilidade quando adsorvido sobre um átomo da superfície do grafeno, com energia de ligação da ordem de 0,98 eV, no entanto, isso não foi visto no caso do átomo de iodo onde energias de ligação equivalentes para todos os sítios estudados foram encontradas da ordem de 0,42 eV. A molécula I2 também não apresentou uma predileção por uma sitio específico da superfície do grafeno, mas mostrou-se mais estável quando adsorvida com seu eixo perpendicular ao plano do grafeno.

Orientador: Prof. Dr. Gustavo Martini Dalpian / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / A propriedade de chaveamento da resitência ou memoristiva é a habilidade de um material de alterar seu estado de resistência elétrica devido a um campo elétrico. O memoristor é um dispositivo de dois terminais com tal propriedade capaz de armazenar informação através de sua resistência, constituído de uma estrutura metal/isolante/metal. Este dispositivo pode revolucionar a indústria de memórias por apresentar tempos de chaveamento rápidos e de retenção longos, assim como altas densidades. Entretanto, seu princípio de funcionamento não é totalmente entendido a nível atômico, logo sua aplicação é impedida. Dois mecanismos são propostos: o mecanismo de difusão-deriva de íons afirma que campos elétricos e gradientes de temperatura formam e dissolvem canais condutores, alterando a resistividade. Por outro lado, modelos eletrônicos consideram o aprisionamento e liberação de cargas como causa da mudança da resistividade. Neste trabalho utilizamos uma abordagem heurística¿cálculos de teoria do funcional da densidade e soluções numéricas¿para entender os processos ocorrendo em escala atômica no interior de dispositivos baseados em TiO2. Os resultados mostram que a dificência em oxigênio neste caso leva à formação de fases TinO2n..1 que apresentam uma banda intermediária, a qual pode se tornar carregada quando propriamente interfaceada. A resolução numérica da equação de Poisson apresenta múltiplas soluções relacionadas a diferentes estados de resistência, estas soluções são usadas em um código de transmissão que fornece curvas teóricas i X V para o memoristor. / The resistive switching or memristive property is the ability of a material to change its electrical resistance due to the application of an electric field. The memristor is a two-terminal device with this property that is capable of storing information as its resistance state, being architectured in a metal/insulator/metal stacking. This device can revolutionize the memory industry by providing fast switching and large retention times as well as high-density capabilities. However, its working principle is not completely understood at an atomic level, thus its application as next-generation resistive memories is hindered. Two mechanisms are proposed: ion drift mechanisms claim that the electric field and temperature gradients inside the device can form and dissolve a conducting filament, changing the electrical resistivity. On the other hand, electronic models consider charge trapping and de-trapping inside the insulator layer as the cause of the resistivity change. In this work we use a heuristic computational approach¿density functional theory calculations and other numerical solutions¿to understand the processes developing at the atomic scale inside TiO2-based devices. Our results show that the oxygen deficiency in this material leads to the formation of a series of phases TinO2n..1 that present an intermediate band which can become charged when properly interfaced. The self-consistent-numerical solver of the Poisson equation shows multiple solutions that are related to the resistance states, and finally the potential is used in a transmission code that results in theoretical i X V curves for the memristor.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a theoretical study about the interaction between pristine or functionalized B3 and C vitamins with semiconducting carbon nanotubes (8,0) through first principles simulations. We evaluate the structural and electronic properties of the B3 and C vitamins adsorbed on nanotubes, using the density functional theory with the SIESTA computational code. We observe that there is a strong dependence of the interaction between B3 and C vitamins with the carbon nanotubes subject to the modification of the original structure (functionalization) of these vitamins. For the configurations which the pristine vitamins are adsorbed on the nanotubes, the interaction occurs by physical adsorption. On the other hand, we verify that in the case of functionalized vitamins, the adsorption occurs by a chemical interaction with the nanotube. In the case of vitamins interacting by physical adsorption, no significant changes in the electronics properties are observed. However, for the chemical adsorption of the vitamins on the tube, we notice that the changes in the electronic properties are dependent of how the molecules are functionalized, being able to create half-filled levels in the Fermi energy region, or even though to restore the electronic structure of the semiconducting carbon nanotube. These results show that carbon nanotubes can be considered chemical agents for attachment or selectivity for organic molecules, as in the case of the B3 and C vitamins. / Este trabalho apresenta um estudo teórico da interação das vitaminas B3 e C puras ou funcionalizadas com nanotubos de carbono semicondutores (8,0) via simulações de primeiros princípios. Avaliamos as propriedades estruturais e eletrônicas das vitaminas B3 e C adsorvidas nos nanotubos, fazendo-se uso da teoria do funcional da densidade por meio do código computacional SIESTA. Observamos que existe uma forte dependência da interação das vitaminas B3 e C com os nanotubos de carbono condicionada a modificação da estrutura original (funcionalização) dessas vitaminas. Para as configurações em que as vitaminas puras são adsorvidas nos nanotubos, a interação ocorre via uma adsorção física. Por outro lado, observamos que no caso das vitaminas funcionalizadas, a adsorção se dá via uma interação química com o nanotubo. No caso das vitaminas interagindo via adsorção física, não observamos mudanças expressivas nas propriedades eletrônicas. Entretanto, para a adsorção química das vitaminas no tubo, notamos que as alterações nas propriedades eletrônicas são dependentes da forma como as moléculas são funcionalizadas, podendo gerar níveis semi-preenchidos na região da energia de Fermi, ou até mesmo recuperar a estrutura eletrônica do nanotubo semicondutor. Estes resultados mostram que os nanotubos de carbono podem ser considerados agentes químicos para ancoradouro ou seletividade de moléculas orgânicas, como no caso das vitaminas B3 e C.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2158.pdf: 2719646 bytes, checksum: 6243269038c3ac5dd5f45207f6bd8c42 (MD5) Previous issue date: 2007-02-26 / Financiadora de Estudos e Projetos / Neste trabalho, apresentamos os estudos realizados para compreender os mecanismos que geram o momento magnético em folhas de grafeno com monovacância. Notamos que o momento magnético que surgiu na folha de grafeno é devido a um átomo de Carbono que ficou com a ligação pendente. Realizamos cálculos para determinar que propriedades magnéticas da folha de grafeno com a monovacância combinada com a adsorção de átomos de Hidrogênio, Oxigênio e Nitrogênio. Realizamos tal estudo porque estas espécies são as que existem em maior quantidade na atmosfera terrestre. Os resultados deste estudo nos mostrou que o Oxigênio elimina o magnetismo no grafeno com monovacância. O Nitrogênio elimina o magnetismo na folha de grafeno, mas apresenta um momento magnético em si. Por último, temos que o Hidrogênio adsorvido no grafeno com a monovacância apresenta um momento magnético em vários átomos ao redor do Carbono que faz a ligação com o Hidrogênio, quando efetuamos cálculos de supercélula fixa. Ao realizar cálculos de supercélula variável, notamos que os momentos magnéticos na folha de grafeno é anulado. Para efetuar os cálculos ab initio usados neste trabalho, usamos o pacote computacional SIESTA, que trabalha usando o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade. A aproximação usada para o potencial de correlação e troca foi o GGA de Perdew-Burke-Ernzerhof.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRGA.pdf: 1694261 bytes, checksum: c2c5939a19ff35188c90b90a07e5bcf2 (MD5) Previous issue date: 2005-02-28 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work we present first principles calculations with Density Functional Theory, DFT, using norm-conserving pseudopotentials. Initially, we perform calculations of structural properties for metallic barium, Ba, in the Local Density Approximation, LDA, and Generalized Gradient Approximation, GGA, for the exchange and correlation potential. This study aimed at familiarization with the formalism and with the program SIESTA, which was used throughout this dissertation. The GGA turned out to perform out better than LDA, yielding results close to experimental values. After that, we perform structural calculations for Barium Oxide, BaO, in its four allotropic forms, in the LDA and GGA. A study of the energetics of structural phase transitions in this system was carried out in order to identify the sequence of structural transitions. We find that LDA is unable to determine the correct sequence of structural transitions, while GGA reproduces it correctly. Finally, we calculated the phase transition pressures using the enthalpy method. These phase transition pressures, at T = 0 K, are in reasonable agreement with ultrasoft pseudopotential calculations. Our study shows that the use of GGA is fundamental for an adequate description of the energetics of phase transitions in BaO. / Este trabalho consiste de cálculos de primeiros princípios utilizando a Teoria do Funcional da Densidade, a DFT, com pseudopotenciais com conservação de norma. Num primeiro momento, fizemos cálculos de propriedades estruturais para o Bário metálico, Ba, na Aproximação de Densidade Local, LDA e na Aproximação de Gradientes Generalizados, GGA, para o potencial de correlação e troca, com os intuitos de aprendizado do formalismo e de familiarização com o programa SIESTA, que utilizamos nesta dissertação. A aproximação GGA mostrou-se melhor que a LDA, com resultados muito mais proximos dos resultados experimentais. Em seguida, fizemos cálculos estruturais para o Oxido de Bário, BaO, para as quatro formas alotrópicas deste composto nas aproximações LDA e GGA. Procedemos com um estudo da energética do BaO para identificar a sequência de transições de fase. Constatamos que a aproximação LDA não reproduz a sequência de transição de fase observada experimentalmente, ao contrário da aproximação GGA, que foi capaz de reproduzí-la. Por fim, calculamos as pressões de transição de fase, na aproximação GGA, através do cálculo da entalpia dos sistemas. Estas pressões de transição de fases, a T = 0K, estão em razoável acordo com resultados de cálculos feitos com pseudopotenciais ultrasuaves. Nosso estudo mostra que o uso da aproximação GGA é fundamental para uma descrição adequada da energética de transições de fase do BaO.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we perform a theoretical study about fluorine adsorption in BC2N nanostructures. The fluorine interaction with the BC2N nanostructures was studied using only atomic fluorine on two nanotubos with different chiralities (zigzag(5,0) and armchair(3,3)) and a monolayer. We used first principles calculations based on the density functional theory (DFT) taking account the effects of the spin polarization. For the exchange and correlation term, we use the generalized gradient approximation (GGA) and to describe the electron-ion interaction we use the pseudopotential approximation. The charge density is obtained solving the selfconsistent Kohn-Sham equations and to represent the Kohn-Sham wave functions a linear combination of atomic orbital is used. Our results show that when a single fluorine atom is adsorbed, the most stable configuration occurs when the fluorine atom is adsorbed on the boron atom (FB). The configurations with the fluorine adsorbed on carbon atom (FCI and FCII) are less stable than the FB configuration and the FN reaction is unstable. When the fluorine atom is adsorbed in BC2N nanostructure the local configuration is modified. It is observed that the atom bonded to the fluorine atom moves outward from the surface of the nanotubes and the monolayer. The electronic properties present similar characteristics in both nanotubes and also in the monolayer. The FCII configuration introduce acceptors properties in a BC2N nanostructures and the FCI configuration introduce donor properties. The fluorine adsorption in the most stable configuration gives rise to electronic levels in the band gap. When we investigated the BC2N monolayer with different fluorine coverage, the most stable configuration is obtained when the fluorine atoms are adsorbed on the boron atoms, forming a line. Defects levels are observed near to the top of the valence band and the system exhibit a p-type semiconductor character to low fluorine density and metallic character to the high fluorine density. We observe that the fluorine adsorption induces spin polarization effects in BC2N nanostructures leaving the system to present a spin magnetic moment. The absolute value of the spin magnetic moment depends on the density of fluorine adsorbed. / Nesse trabalho realizamos o estudo teórico da adsorção de flúor em nanoestruturas de BC2N. A interação de flúor com as nanoestruturas de BC2N foi estudada a partir da adsorção de flúor atômico em nanotubos de diferentes quiralidades, zigzag (5,0) e armchair (3,3), além da monocamada. Usamos cálculos de primeiros princípios dentro do formalismo da teoria do funcional da densidade (DFT), levando em consideração os efeitos de polarização de spin. Para o termo de troca e correlação, utilizamos a aproximação do gradiente generalizado (GGA) e para descrever a interação elétron-caro¸co utilizamos a aproximação do pseudopotencial. A densidade de carga é obtida resolvendo-se as equações de Kohn-Sham de maneira autoconsistente, com as funções de onda de Kohn-Sham expandidas em uma combinação linear de orbitais atômicos. Nossos resultados mostram que para a adsorção de um átomo de flúor, a configuração mais estável ocorre quando o átomo de flúor é adsorvido sobre o átomo de boro (FB). As configurações com adsorção de flúor em carbono (FCI e FCII) são menos favoráveis do que a adsorção ao FB, enquanto que a reação FN é instável. Quando o átomo de flúor é adsorvido nas nanoestruturas de BC2N a configuração local é modificada. Observa-se que o átomo ligado ao átomo de flúor desloca-se para fora da superfície dos nanotubos e em relação à monocamada temos um deslocamento deste átomo para fora da sua superfície. As propriedades eletrônicas apresentam características semelhantes em ambos os nanotubos e também para a monocamada. A configuração FCII faz com que as nanoestruturas de BC2N apresentem características aceitadoras e a configuração FCI faz com que essa estrutura apresente características doadoras. Para a adsorção de flóuor na configuração mais estável temos níveis rasos presentes na estrutura de bandas. Quando é feita a variação da densidade de flúor em uma monocamada de BC2N, a configuração mais estável é obtida quando os átomos de flúor são adsorvidos sobre átomos de boro formando uma linha, e na região do topo da banda de valência níveis de defeito podem ser observados. Em relação às propriedades eletrônicas é possível observar que em todas as estruturas ocorre uma perturbação no fundo da banda de condução. Na região do topo da banda de valência níveis de defeitos podem ser observados. Onde podemos obsevar que essas estruturas apresentam características de semicondutor do tipo-p para baixas densidades de flúor e metálicas para altas densidades. Temos que a adsorção de flúor provoca uma quebra de degenerescência de spin o que faz com que o sistema apresente um momento magnético de spin. O valor absoluto desse momento magn´etico de spin depende da densidade de flúor adsorvido.