GIRÃO, Eduardo Costa. Propriedades eletrônicas e de transporte de nanoestruturas de carbono. 2011. 227 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-28T21:01:13Z
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Previous issue date: 2011 / À medida que o limite de miniaturização da eletrônica baseada no silício aproxima-se do seu limite, alternativas em estado sólido devem ser investigadas na busca da diminuição da escala de tamanho de dispositivos operacionais, ao mesmo tempo em que se deve considerar problemas de crescente interessse como dissipação de calor e ruído associado com a baixa dimensionalidade. Nesta busca, já está claro que nanosistemas semicondutores de carbono são candidatos de primeiro pelotão para comporem os blocos básicos para dispositivos em escala atômica e molecular. Grafeno e nanotubos de carbono são os sistemas mais estudados desta classe de estruturas que se estende por uma vasta coleção de sistemas. Estas nanoestruturas de carbono apresentam uma riqueza de propriedades físicas e químicas que se reflete no enorme número de artigos científicos tendo esses sistemas como foco. Apesar de a ciência das nanoestruturas de carbono ainda ter um longo caminho pela frente antes de alcançar as prateleiras das lojas depois de ter sido transformada em tecnologia, a comunidade científica tem caminhado rapidamente no sentido de entender e controlar tais sistemas de modo a diminuir esta distância. Nesta tese nós realizamos um estudo teórico das propriedades eletrônicas e de transporte de um número de nanoestruturas de carbono, tais como nanosistemas toroidais e nanofitas de carbono de arranjo complexo. Nossos cálculos de estrutura eletrônica são baseados em um modelo tight-binding que inclui um Hamiltoniano de Hubbard para descrever a influência do spin sobre os estados eletrônicos. As propriedades de transporte eletrônico foram calculadas utilizando o formalismo de Landauer e o método de funções de Green para determinar a transmitância quântica em sistemas em nanoescala. Parte destes cálculos foram realizados com pacotes computacionais desenvolvidos especialmente para esta tese. Em particular, nós desenvolvemos uma extensão de um algorítmo eficiente para o cálculo de função de Green em uma infraestrutura computacional em paralelo. Nanotoroides de carbono apresentam estrutura eletrônica específica se comparados aos nanotubos de carbono, já que sua geometria impõe um grau suplementar de confinamento espacial. Como consequência, condições adicionais devem ser impostas à sua geometria para que a estrutura seja metálica. Aqui nos analizamos nanotoroides de carbono a partir de duas perspectivas diferentes: sistemas de dois terminais com um ângulo variável entre os eletrodos e estruturas de múltiplos terminais. Esses sistemas possuem potencial para serem aplicados em nanoeletrônica graças à sua geometria particular que permite que a corrente flua através do sistema por diferentes caminhos eletrônicos. Isso resulta em propriedades de transporte interessantes, as quais são ditadas por efeitos de interferência eletrônica que variam com o ângulo entre os eletrodos e com os detalhes da estrutura atômica da junção nanotoroide-terminal. Nós mostramos que a presença de múltiplos terminais acrescenta novos aspectos ao transporte eletrônico destes toroides já que o número de possibilidades para o fluxo eletrônico cresce rapidamente com o número de eletrodos. Observa-se que a condutância é caracterizada por um conjunto de picos resonantes que são relacionados com caminhos eletrônicos específicos. Estes resultados são racionalizados em termos de uma série de regras para se determinar o caminho para a corrente elétrica como uma função da energia do elétron incidente. Na segunda parte da tese, nós estudamos as propriedades físicas de uma classe de fitas de carbono as quais nós chamamos de fitas sinuosas (ou simplesmente wiggles, em inglês). A estrutura atômica destas wiggles pode ser descrita por um conjunto reduzido de fatores já que elas podem ser construídas utilizando-se fitas de carbono de borda reta como blocos básicos. Nós mostramos que essas wiggles de carbono apresentam um conjunto de propriedades eletrônicas e magnéticas ainda mais amplo quando comparadas com os seus constituintes básicos (fitas de carbono de borda reta). Isso é especialmente devido à formação de domínios nas bordas, resultantes da sucessiva repetição de setores de fitas retas paralelas e obliquas ao longo da direção periódica da wiggle. Nós demonstramos que as wiggles de carbono apresentam múltiplos estados magnéticos que podem ser explorados para se manipular as propriedades físicas desses sistemas. Estes diferentes estados magnéticos resultam em propriedades eletrônicas e de transporte distintas, de modo que a corrente eletrônica pode ser controlada pela escolha de valores específicos da energia do elétron incidente no sistema, assim do spin eletrônico e do estado magnético da wiggle. Essas propriedades tornam as nanowiggles potenciais candidatas para novas aplicações em nanodispositivos. Finalmente, nos esperamos que o trabalho apresentado nesta tese constitua uma importante contribuição para a investigação das propriedades físicas de nanoestruturas de carbono. Nós mostramos que nanotoroides e nanowiggles de carbono apresentam uma série de novas propriedades que podem tornar possível o seu uso em nanoeletrônica. À medida que estudos experimentais em nanomateriais de carbono têm sido desenvolvidos a passos largos, nós projetamos que os resultados apresentados nesta tese se tornarão uma ótima oportunidade para se confrontar teoria e experimento na proposta de novos dispositivos em nanoescala com propriedades eletrônicas e de transporte específicas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/11713 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Girão, Eduardo Costa |
| Contributors | Meunier, Vincent, Souza Filho, Antônio Gomes de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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