Uma das metas para a expansão do conhecimento em eletrônica molecular pode ser encontrada no projeto relacionado com a criação de circuitos em nanoescala com base em características de corrente-tensão não lineares, composto por moléculas ligadas a eletrodos metálicos sob a ação de um campo elétrico externo. O desenvolvimento de dispositivos eletrônicos moleculares que utilizam sistemas exibindo recursos semelhantes como materiais semicondutores intrínsecos é uma das metas a serem atingidas por uma extensa pesquisa em nanotecnologia. Assim, este trabalho tem como objetivo a expansão do conhecimento não só do transporte eletrônico, mas também as características físicas que justificam o regime de ressonância para o transporte eletrônico, como a condutância e Espectroscopia de Voltagem de Transição. Foi investigado teoricamente o transporte de carga eletrônica em um sistema molecular composto por estruturas de carbyne levando em conta as variações nos tipos de ligações −≡− (ligações simples e triplas para cada carbono). Os cálculos e aproximações ab initio são realizados para investigar a distribuição de estados de elétrons através da molécula na presença de um campo elétrico externo. Este novo dispositivo nanoeletrônico suscitará vantagem para o projeto de grandes circuitos orgânicos/metálicos híbridos 1D com um aumento do fluxo eletrônico que é importante para as necessidades da nanotecnologia. / One of the goals for the expansion of knowledge in molecular electronics may be found in the Project related to the creation of nanoscale circuits based on nonlinear current–voltage characteristics composed by molecules connected to metallic electrodes under the action of an external electric field. The development of molecular electronic devices using systems exhibiting similar feature as intrinsic semiconductor materials is one of the goals to be achieved by an extensive research in nanotechnology. Thus, this work aims at expanding of knowledge not only of the electronic transport, but also the physical features that justify the resonant regime for electronic transport, such as conductance and Transition Voltage Spectroscopy. We theoretically investigate the electronic charge transport in a molecular system composed by carbyne structures taking into account the variations in the bonds −≡− type (simple and triple bonds for each carbon). Ab initio calculations approximations are performed to investigate the distribution of electron states over the molecule in the presence of an external electric field. This new nanoelectronic device raise up advantage for the design of large 1D hybrid organic/metallic circuits with an increased electronic flow that is importante for the needs of nanotechnology.

Submitted by Kelren Mota (kelrenlima@ufpa.br) on 2018-06-19T16:43:50Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoSistemas.pdf: 18461027 bytes, checksum: ed82925d020bd08c9eaad3e45c1ae541 (MD5) / Approved for entry into archive by Kelren Mota (kelrenlima@ufpa.br) on 2018-06-19T16:44:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoSistemas.pdf: 18461027 bytes, checksum: ed82925d020bd08c9eaad3e45c1ae541 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-19T16:44:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoSistemas.pdf: 18461027 bytes, checksum: ed82925d020bd08c9eaad3e45c1ae541 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / O uso de moléculas únicas para compor dispositivos eletrônicos vem crescendo nos últimos anos, devido os limites previstos na miniaturização dos dispositivos eletrônicos. Nesta perspectiva, esta pesquisa analisa propriedades de transporte eletrônico via método teórico, em junções moleculares de cadeias de carbono tipo linear, o alótropo Carbyne (Polyyne e Cumuleno) com uma variação na quantidade de carbonos na cadeia acoplados a eletrodos de Fe e Fe/Au, constituindo um fio molecular. As análises permitiram caracterizar curvas de corrente, orbitais moleculares de fronteira, probabilidade de transmissão, curvas de condutância diferencial e a densidade de estados para transporte. Por fim, os resultados averiguaram os efeitos na variação de cadeia, permitiram assimilar uma caracterização de aumento na corrente decorrente ao acréscimo de carbonos para dispositivos com eletrodos de Fe com características semelhantes de cruzamento de correntes sob mesma voltagem, assim como para a segunda proposta com eletrodos de Fe/Au que permitiram visualizar a alternância na densidade de estados em regiões de energia negativa e positiva para carbonos em ímpares e pares respectivamente. Observa-se também efeitos de NDR para alguns dispositivos via acréscimo dos átomos de Au. / The use of unique molecules to compose electronic devices has been growing in recent years, due to the limits set in the miniaturization of electronic devices. In this perspective, the Carbyne (Polyyne and Cumulene) alottrope with a variation in the amount of carbon in the chain coupled to Fe and Fe / Au electrodes , constituting a molecular yarn. The analyzes allowed to characterize current curves, border molecular orbitals, transmission probability, diferential conductance curves and the density of states for transport. Finally, the results veri ed the efects on the chain variation, allowed to assimilate a characterization of increase in the current due to the addition of carbons to devices with Fe electrodes with similar characteristics of crossing of currents under the same voltage, as well as for the second proposal with Fe / Au electrodes that allowed to visualize the alternation in the density of states in regions of negative and positive energy for carbons in odd and even respectively. Also observed are NDR efects for some devices via addition of the Au atoms.

Orientador: Alexandre José de Castro Lanfredi. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados.

SOUSA, Duarte José Pereira de. Transporte eletrônico em anéis quânticos de grafeno. 2015. 83 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2016-01-05T19:55:02Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_djpsousa.pdf: 9267324 bytes, checksum: 1dab83c7a9473498a415cb6cb9e5bf4b (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2016-01-05T19:55:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_djpsousa.pdf: 9267324 bytes, checksum: 1dab83c7a9473498a415cb6cb9e5bf4b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-05T19:55:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_djpsousa.pdf: 9267324 bytes, checksum: 1dab83c7a9473498a415cb6cb9e5bf4b (MD5) Previous issue date: 2015 / In this work, we propose a current switch device that exploits the phase acquired by a charge carrier as it tunnels through a potential barrier in graphene in the ballistic regime without the need of the presence of a gap in the spectrum. The system acts as an interferometer based on an armchair graphene quantum ring, where the phase difference between interfering electronic wave functions for each path can be controlled by tuning the height of a potential barrier in the ring arms. By varying the parameters of the potential barriers the interference can become completely destructive. We demonstrate how this interference effect can be used for developing a simple graphene-based logic gate. / Neste trabalho, é proposto um dispositivo de controle de corrente que explora a fase adquirida por um portador de carga quando este tunela através de uma barreira de potencial no grafeno no regime balístico sem a necessidade da presença de um gap no espectro de energias. O sistema atua como um interferômetro baseado em um anel quântico de grafeno com bordas armchair, onde a diferença de fase entre as funções de onda para elétrons que tomam diferentes caminhos pode ser controlada através da intensidade das barreiras de potencial nos braços do anel. Variando os parâmetros das barreiras a interferência pode tornar-se completamente destrutiva. É demonstrado como esse efeito de interferência pode ser utilizado para o desenvolvimento de portas lógicas simples baseadas em grafeno.

In this PhD thesis we consider the effect of nonlinearity and correlated disorder in lowdimensional electronic systems. We study the dynamics of one electron wave packet in a chain with a nonadiabatic electron-phonon interaction. The electron-phonon coupling is taken into account in the time-dependent Schr¨odinger equation by a delayed cubic nonlinearity. In the limit of an adiabatic coupling, the self-trapping phenomenon occurs when the nonlinearity parameter exceeds a critical value of the order of the bandwidth. We show that a weaker nonlinearity is required to produce self-trapping in the regime of short delay times. However, this trend is reversed for slow nonlinear responses, resulting in a reentrant phase diagram. In slowly responding media, self-trapping only takes place for very strong nonlinearities. In additional we consider the two-dimensional Anderson model with correlated disorder. We bring our attention to an Anderson model with diagonal disorder diluted by an underlying periodicity. The model consists of two interpenetrating sublattices, one composed of random potentials (Anderson lattice) and the other composed of non-random constant potentials. By using numerical calculations we compute the localization properties and provide a accurate estimates of the level spacing distribution. Within our numerical precision we demonstrate that the states close to band center obey a Wigner-Like distribution. For strong disorder a intermediate Poisson-Wigner-Like level spacing distribution is obtained. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta tese de doutorado queremos considerar efeitos de não linearidade e desordem correlacionada em sistemas eletrônicos em baixa dimensionalidade. Nós estudamos a dinâmica de um pacote de onda eletrônico em uma cadeia com uma interação elétron-fônon não adiabática. O acoplamento elétron-fônon considerado na equação de Schrödinger dependente do tempo por uma não-linearidade cúbica retardada. No limite de um acoplamento adiabático, o fenômeno de auto-aprisionamento ocorre quando o parâmetro de não linearidade excede um valor crítico da ordem da largura da banda. Nó mostramos que uma não-linearidade fraca é necessária para produzir auto-aprisionamento em regime de tempos curtos de retardo. No entanto, esta tendência é invertida para resposta não linear lenta, resultando em um diagrama de fase reentrante. Em meios que respondem lentamente, o auto-aprisionamento surge apenas para não linearidades muito fortes. Em adicional, nós trazemos o modelo de Anderson bidimensional com desordem correlacionada. Voltamos nossa atenção para um modelo com desordem diagonal diluída por uma periodicidade subjacente. O modelo consiste de duas subredes interpenetrantes, uma composta de potenciais aleatórios (rede de Anderson) e a outra composta de potenciais não aleatórios constantes. Usando cálculos numéricos nós calculamos as propriedades de localização e fornecemos uma estimativa da distribuição dos espaçamentos de níveis. Dentro da nossa precisão numérica nós demonstramos que os estados próximos ao centro da banda obedecem a uma distribuição do tipo Wigner. Para desordem fortes uma distribuição dos espaçamentos de níveis intermediária do tipo Poisson-Wigner é obtida.

In this work we study the wave-packet dynamics in a two-channel Anderson model with correlated diagonal disorder. To impose correlations in the disorder distribution we construct the on-site energy landscape following both symmetry and antisymmetric rules.The dynamics of an initially localized wave packet is investigated by solving numerically the time-dependent Schrödinger equation. Our numerical data show that symmetric cross correlations have a small impact on the degree of localization of the one-particle eigenstates. In contrast, antisymmetric correlations lead to an effective reduction of the degree of disorder, specially in the strong coupling regime, thus resulting in a substantial increase of the wave-packet spread. A finite size scaling analysis shows that antisymmetric cross correlations, in spite of weakening the localization, do not promote ballistic transport.Theoretical explanations to the effect of cross-correlations in the wave-packet dynamics are provided. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho de mestrado, foi estudada a dinâmica eletrônica em um modelo de Anderson com desordem diagonal correlacionada numa geometria do tipo cadeia dupla. Para impôr as correlações na distribuição de desordem, construímos as energias on-site a partir de regras de simetria e antissimetria entre as cadeias. A dinâmica de um pacote de onda inicialmente localizado foi investigado por meio da resolução numérica da equação de Schrödinger dependente do tempo. Nossos dados numéricos mostram que as correlações cruzadas simétricas têm pouco efeito sobre as propriedades de localização dos auto estados de uma partícula. Entretanto, as correlações antissimétricas levam efetiva-mente a uma redução da largura da desordem, especialmente no regime de acoplamento forte, resultando assim num aumento substancial da propagação do pacote de onda. Uma análise de tamanho nito mostra que a presença de correlações antissimétricas, apesar de enfraquecer a localização, não promove transporte balístico. Apresentamos também uma análise analítica que explica o efeito de correlações cruzadas na dinâmica eletrônica.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3005.pdf: 10668736 bytes, checksum: 8ec8cb21968edc4feb09cb7616b0e9b2 (MD5) Previous issue date: 2010-05-07 / Universidade Federal de Minas Gerais / The structural and transport features of oxide nanostructures synthesized by a vapour phase aproach: the VLS and VS methods were investigated in this work. ITO and In2O3 nanowires were characterized by using XRD, HRTEM and FEG-SEM techniques. Both nanostructures were found to be body-centered cubic (bixbyite, point group Ia3) single crystals with a well defined growth direction. Raman spectroscopy was used in order to study the nanowires composition, crystalline character and the role of tin atoms in the In2O3 lattice (ITO) was studied as well. The influence of the structural disorder induced by doping was pointed as the main cause of the break of the selection rules in ITO and it was promptly recognized in the Raman spectrum. The metallic character observed in In2O3 micrometric wires was assigned to the electron-phonon scattering in agreement with the Bloch-Grüneisen theory. ITO samples with different sizes were analysed in the framework of the Bloch-Grüneisen theory and at high temperatures (T > 77 K) they were found to present a typical metallic character. It was observed at low temperatures (T < 77 K) and in small samples a negative temperature coefficient of resistance which is an evidence that quantum interference processes are present. A weak localized character was found in these samples as detected in magnetoresistance measurements. The electron s phase break was associated to the electronelectron scattering (T < 77 K) and the electron-phonon scattering (T > 77 K). The transport measurements in one-nanowire based FET provided data on the electron s mobility and density. Tin oxide nanobelts were also studied and their structural and electrical characterizations were obtained. In this case the association of several structural measurements provided that the samples are rutile-like single crystals (point group P42/mnm) grown by the VS mechanism. The transport measurements provided data on the nanobelts gap energy (3.8 eV) and on the transport mechanisms acting in different temperature ranges. An activated-like process and the variable range hopping were found to be present in different temperature range and additionally the localization length was determined. The influence of additional levels inside the gap caused by oxygen vacancies was studied by performing light and atmosphere-dependent experiments and as a result a photo-activated character was detected. Thermally stimulated current measurements provided evidence that only one level associated to the oxygen vacancies at 1.8 eV seems to contribute to the transport in SnO2 nanobelts. Triclinic single crystalline nanobelts were identified as the Sn3O4 phase and were analyzed by transport measurements. The samples were wide band gap semiconductors and the role of oxygen vacancies was identified by using PL and PC measurements. The semiconductor behavior was confirmed by the electron transport data, which pointed to the variable range hopping process as the main conduction mechanism (55 K < T < 398 K) and data on localization length and on the hopping distance were obtained. The presence of additional levels due to oxygen vacancies and tin interstitials was recognized in the samples by performing photo-activated and thermally stimulated current measurements. / Neste trabalho foram investigadas características estruturais e de transporte eletrônico em nanoestruturas óxidas sintetizadas por métodos baseados em fase de vapor: os métodos VLS e VS. Amostras de In2O3 e ITO foram caracterizadas quanto às suas características estruturais usando-se técnicas experimentais como XRD, HRTEM e FEG-SEM e comprovou-se que são monocristais cúbicos de corpo centrado (bixbyite) pertencentes ao grupo puntual Ia3 com direção preferencial de crescimento bem definida. A espectroscopia Raman foi utilizada como ferramenta fundamental para o estudo da composição destes materiais, confirmando a fase, o caráter monocristalino bem como a presença de dopantes na estrutura do In2O3 como no caso do ITO. Estudou-se ainda a influência da desordem estrutural causada pela dopagem nas estruturas já que esta se reflete diretamente em uma quebra na regra de seleção do material e portanto, no espectro Raman. O estudo dos mecanismos de transporte eletrônico em microfios de In2O3 mostrou uma característica essencialmente metálica nestes materiais, comprovada pela identificação do espalhamento elétron-fônon (teoria de Bloch-Grüneisen) como a principal fonte de espalhamento. Amostras de ITO com diferentes tamanhos também foram estudadas e observou-se, acima de 77 K, o aumento da resistência com o aumento da temperatura também caracterizado pela interação elétron-fônon. A observação de um coeficiente negativo de temperatura da resistência observado na amostra nanométrica e em baixas temperaturas aponta para a presença de processos quânticos de interferência originados principalmente da redução da dimensionalidade da amostra. De fato, a aplicação de um campo magnético mostrou a supressão desse comportamento em função da temperatura, comprovando assim que a chamada localização fraca encontra-se presente no nanofio de ITO. Nesse caso, a destruição da fase do elétron foi associada ao espalhamento elétron-elétron (T < 77 K) e ao espalhamento elétron-fônon (T > 77 K). O uso das referidas amostras como transistores de efeito de campo permitiu ainda a obtenção de parâmetros importantes como a mobilidade e a densidade de portadores nas amostras. Nanofitas de SnO2 também foram estudadas e suas propriedades estruturais e de transporte eletrônico foram obtidas. Nesse caso encontrou-se através de técnicas de medida variadas que as amostras são monocristais com estrutura do tipo rutila (grupo puntual P42/mnm) sintetizadas pelo método VS. Diferentes experimentos de transporte eletrônico permitiram a determinação do gap de energia deste material em 3.8 eV e ainda permitiram identificar a presença de diferentes mecanismos de transporte atuando em intervalos de temperatura bem determinados. De fato observou-se a transição de um comportamento de ativação térmica para um comportamento localizado e também ativado por fônons, o hopping donde se determinou o comprimento de localização eletrônico. A presença de níveis adicionais ao gap de energia foi estudada através de experimentos feitos em diferentes atmosferas e sob ação de luz ultravioleta visando explorar o caráter foto-ativado detectado nas amostras. Foi observado de medidas termicamente estimuladas a emissão termiônica de portadores através dos contatos elétricos o que indica que o único nível que parece contribuir com portadores livres nas nanofitas de SnO2 é aquele detectado em 1.8 eV. Amostras monocristalinas com estrutura triclínica, com morfologia de fita e cuja fase foi identificada como sendo Sn3O4 foram também investigadas. A presença de vacâncias de oxigênio e de um gap largo de energia foram observadas através de experimentos de PL e PC. O hopping foi identificado em um grande intervalo de temperaturas (55 K < T < 398 K) como o principal mecanismo de transporte eletrônico observado nas amostras o que comprova a presença de localização e também indica que as amostras se comportam como um semicondutor. Adicionalmente, parâmetros como o comprimento de localização e a distância de pulo dos elétrons foram calculadas. A presença de vacâncias de oxigênio nestas amostras foi ainda estudada através de medidas foto-ativadas pela luz ultravioleta e em diferentes atmosferas de medida, e também por experimentos de TSC donde obteve-se evidências adicionais sobre a presença de outras fontes de elétrons livres como vacâncias superficiais ou interstícios de estanho, contribuindo para o transporte nestas amostras.

O emprego de polímeros conjugados e blendas como camada ativa de diodos emissores de luz ou células fotovoltaicas é foco de intenso desenvolvimento científico na atualidade. O desempenho eletro-ótico de tais dispositivos é fortemente dependente das características estruturais e eletrônicas dos componentes poliméricos ou moleculares, que são difíceis de serem quantificadas, demandando a integração de resultados experimentais e modelagem teórica. A desordem intrínseca desses materiais também dificulta a modelagem e a simulação, sendo necessário o emprego de diferentes e complementares métodos e técnicas de física computacional. O presente trabalho tem como objetivo o estudo, em nível atomístico, da correlação entre propriedades morfológicas e eletrônicas de filmes poliméricos com alta desordem de: I) poli-para-fenileno-vinileno (PPV); II) poli-3-hexil-tiofeno (P3HT) e sua blenda com fulereno (C60). Empregamos modelagem por Dinâmica Molecular Clássica dos sistemas desordenados em temperatura finita; implementamos para tal adaptações específicas no Campo de Forças Universal, baseadas em cálculos quânticos de primeiros princípios. Para obtermos a estrutura eletrônica de modelos selecionados utilizamos método de Hartree-Fock semiempírico. O sistema de PPV é estudado com respeito à variação das propriedades morfológicas ao longo do processo de deformação uniaxial. Estabelecemos correspondência entre os efeitos do estiramento e o surgimento de anisotropia no espectro de fotoluminescência observado experimentalmente. Para os sistemas de P3HT simulamos diferentes tipos de empacotamento, estudamos as propriedades morfológicas e calculamos os estados eletrônicos relevantes ao transporte de buracos pelo polímero. Vemos como majoritária a ocorrência de estados com comprimento conjugado de quatro e cinco meros; além disso, com a desordem estrutural os níveis eletrônicos localizados passam a exibir grande proximidade em energia, com pouca relação ao comprimento de conjugação. Isso resulta no surgimento de uma Densidade de Estados gaussiana com largura de aproximadamente 100meV que se mostra independente das diferenças morfológicas entre os modelos simulados. / The use of organic conjugated polymers and blends as active layers of light emitting diodes and photovoltaic cells has been the focus of intense scientific development in recent years. The electro-optical performance of such devices depends strongly on the structural and electronic properties of the polymeric or molecular components, and is of difficult characterization, demanding integration of experimental results and theoretical modeling. A complicating factor to the theoretical modeling is the intrinsic disorder in these materials, which demands the use of different and complementary techniques and methods of computational physics. The goal of the present work is to study at the atomistic level the correlation between morphological and electronic properties of highly disordered films of: I) poly-para-phenylene-vinylene (PPV); II) poly-3-hexyl-thiophene (P3HT) and blends with fullerenes (C60). We applied Classical Molecular Dynamics to model the disordered systems at finite temperature employing the well-known Universal Force Field, to which we implemented specific corrections based on first-principles quantum calculations. For selected models we calculated the electronic structure through semiempirical Hartree-Fock. The PPV system was studied focusing on the effect of uniaxial stretching on morphological properties. We have established a connection between morphology effects and the anisotropy of light emission detected experimentally. For P3HT systems we simulated different packing systems and studied morphological properties, and the electronic structure of the localized states relevant to hole transport in the polymer film. We found higher occurrence of 4- and 5-mer long conjugated electronic states. Moreover, the structural disorder affects the electronic levels, reducing the energy separation of conjugated segments of different lengths. This makes possible the occurrence of a gaussian Density of States of approximately 100meV width, regardless of the different morphological signatures of the different simulated models.

Desde sua descoberta por S. Iijima em 1991, os nanotubos de carbono têm sido considerados um dos materiais nanoestruturados mais promissores para o desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos em escala nanoscópica. Devido _a sua alta razão entre a área superficial e o volume, esse material se destaca para aplicações como sensores de gás. No presente trabalho, estudamos através de simulações computacionais, a possibilidade de nanotubos de carbono com defeitos de nitrogênio (os chamados nanotubos CNx), poderem ser usados como sensores de moléculas gasosas. Na primeira parte do trabalho foram realizados cálculos de estrutura eletrônica baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para diferentes sistemas formados pelo nanotubo e pela molécula. Através de cálculos de energia de ligação, foi possível identificar quais gases poderiam ou não serem adsorvidos à superfície do nanotubo. Dentre as moléculas investigadas, o monóxido de carbono e a amônia mostraram ser as mais facilmente adsorvidas ao nanotubo. Na segunda parte, foram realizados cálculos das propriedades de transporte utilizando o formalismo das funções de Green fora do equilíbrio (NEGF) recursivo. Foi possível concluir que os nanotubos estudados poderiam ser usados para detectar o monóxido de carbono e a amônia. Todavia, em relação à seletividade, os resultados indicaram que não parece possível distinguir essas duas moléculas, caso o sistema fosse inserido em um ambiente contendo uma mistura desses gases. Ainda, foram feitas simulações de nanotubos contendo defeitos aleatoriamente distribuídos, de forma a levar em conta os fatores de desordem característicos de sistemas mais realistas. / Since their discovery by S. Iijima in 1991, carbon nanotubes have been considered as one of the most promising nanostructured materials for the development of new nanoscopic electronic devices. Due to its high surface area to volume ratio, this material stands out as a candidate for possible gas sensoring applications. In this thesis, we have studied, by means of computational simulations, the possibility of using carbon nanotubes containing nitrogen defects (the so-called CNx nanotubes) as gas sensors. In the first part, we have performed electronic structure calculations based on Density Functional Theory (DFT) of several systems to address the possible binding of different molecules to the nanotube surface. Our results indicate that, among the molecules which were investigated, carbon monoxide and ammonia adsorb more easily to the nanotube surface. In the second part of this thesis, we have performed calculations of the transport properties by means of non-equilibrium Green\'s function formalism (NEGF). The results have shown that the nitrogen-defect carbon nanotubes could be used to detect, mainly carbon monoxide and ammonia molecules. On the other hand, when dealing with the selectivity of this system, it seems to be not possible to distinguish these gases, in the case of inserting the system in a environment containing a mixture of these molecules. Finally, we have simulated carbon nanotubes with defects randomly distributed along its length, in order to take into account disordering factors usually found in more realistic nanosensors.

Neste trabalho, estudamos a influência de canais de espalhamento inelástico no transporte eletrônico. Primeiramente, expomos o formalismo de Landauer usual para o cálculo da corrente elétrica em sistemas em que o espalhamento é puramente elástico. Como exemplo, calculamos a corrente para um potencial delta de Dirac a partir de suas probabilidades de transmissão. A amostra correspondente é aquela de uma camada muito fina com impurezas (não-magnéticas) contida em uma heterostrutura semicondutora. Mostramos que a distorção do potencial quântico devido à voltagem aplicada pode ser desprezada no cálculo da corrente elétrica, abaixo da energia de Fermi do emissor. Subsequentemente, acoplamos o potencial delta a um oscilador harmônico quântico para modelar a presença de fônons no sistema. Encontramos modos inelásticos de transmissão que se tornam acessíveis para energias cada vez maiores, múltiplas do quantum h&omega;. Devido à conservação de probabilidade, a abertura de cada novo canal corresponde a bicos\" nas probabilidades de transmissão dos modos abaixo deste, em função da energia de incidência do elétron. No caso de uma delta atrativa, ressonâncias assimétricas com perfil de Fano são observadas. Adaptamos o formalismo de Landauer, incluindo canais inelásticos independentes. Seguindo um trabalho anterior de Emberly e Kirczenow (2000), mostramos que existe uma forma de se levar em conta possíveis coincidências nos estados de espalhamento finais aplicando o princípio de exclusão de Pauli. Isto leva as distribuições dos estados de espalhamento a estarem fora de equilíbrio, já que dependem umas das outras. Resolvendo o problema auto-consistentemente, somos capazes de obter a corrente elétrica a partir das probabilidades de transmissão do potencial quântico. Nossos resultados demonstram que as ressonâncias de Fano do potencial atrativo dão origem a uma diminuição da inclinação da corrente elétrica contra a voltagem aplicada, já que elétrons são presos\" ao potencial por um tempo infinito. Mostramos este efeito num regime de voltagens baixas em comparação com a energia de Fermi, para o qual desprezamos a distorção do potencial quântico devido à voltagem aplicada. Além disso, uma comparação com os resultados do formalismo de Landauer mostra que uma discrepância significativa é observada para o caso de o oscilador estar inicialmente excitado e fortemente acoplado ao elétron. / In this work, we study the influence of inelastic scattering channels in electronic transport. We first present the usual Landauer formalism, for calculating the electric current in systems where the scattering is purely elastic. As an example, we calculate the current for a Dirac delta potential from its transmission probabilities. The corresponding sample is that of a very thin layer with (non-magnetic) impurities within a semiconductor heterostructure. We show that the distortion of the quantum potential due to the applied voltage can be ignored in the calculation of an electric current below the Fermi energy of the emitter. Then we couple the delta potential to a quantum harmonic oscillator to model the presence of phonons in the system. We find inelastic transmission modes that become available for increasing energies, multiple of the quantum h&omega;. Due to conservation of probability, the opening of each new channel corresponds to kinks\" in the transmission probabilities of lower modes as a function of the energy of the impinging electrons. In the case of an attractive delta potential, asymmetric resonances with a Fano-like profile are observed. We adapt the Landauer formalism by including the independent inelastic channels. Following a previous work by Emberly and Kirczenow (2000), we show that there is a way to take into account the possible coincidences in the final scattering states using Pauli\'s exclusion principle. This causes the distributions of the scattering states to be out of equilibrium, as they depend on each other. Solving the problem self-consistently, we are able to obtain the electric current from the transmission probabilities of the quantum potential. Our results demonstrate that the Fano resonances of the attractive potential gives rise to a decrease of the slope in the electric current versus the applied voltage, as the electrons are trapped\" in the potential for a finite amount of time. We have shown this effect in a low voltage regime with respect to the Fermi energy, for which we ignore the distortion of the quantum potential due to the applied voltage. Furthermore, a comparison with the results from the Landauer formalism shows that a significant discrepancy is seen for the oscillator initially in its excited mode and strongly coupled to the electron.