Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work we present the results of a systematic study of the stability, and the electronic, stuctural and magnetic properties of graphene nanoribbons doped with Ni (Ni/GNR) and Mn (Mn/GNR), through ab initio density functional theory (DFT) calculations. Further, we
analyse the electronic transport properties through the non-equilibrium Greens functions formalism (NEGF) coupled with DFT. The electronics and energetics of Si graphene-like monolayers and nanoribbons have also been studied.
We determined the possible configurations of a Ni atom both adsorbed and substitutional in GNRs with zigzag edges. We show that the Ni atoms adsorb on the edges of the GNRs. This configuration is seen to be 0.3 eV lower in energy that the adsorption at the midlle of the GNR.
The magnetic moments at the carbon atoms change due to the presence of the Ni, decreasing rapidly as the distance of the Ni atom decrease, recovering the value of the ideal GNR at 9 °A from the Ni atom. We obtained Ni d-levels inside a 1.0 eV energy window around the Fermi energy, leading to spin-dependent charge transport in the Ni/GNR. For the case of two Ni atoms adsorbed at the different edges of the GNR s, the antiferromagnetic coupling between both Ni atoms is energetically favored. For the case of the substitucional Ni atom, the edge position is also the energeticaly favored. It gives place to a spin-dependent charge transport, and suggest the use of these materials for spintronic devices. For the Mn doping in zigzag and armchair nanoribbons, it is shown that the edge site
are the energetically favorable for adsorbed and substitucional Mn atoms. For the adsorbed Mn dimers, our calculations show that the sites along the border of the GNRs are the most stables ones. The distance between two Mn atoms of the adsorbed Mn2 is shorter than that for the
isolated Mn2 molecule. For the zigzag nanoribbons, the magnetic moment of the Mn2 is not affected by magnetic state of the substrate, with the ground state being antiferromagnetic. The dimer/GNR configurations, Mn2/ferro A and Mn2/ferro F, show different elecrtonic properties.
The Mn2/ferro A is seen to be semiconductor, while the Mn2/ferro F is semi-mettalic. These properties point to two interesting consequences: (i) the use of these systems as nanomemories, with the reading process made by measure of the electronic current through the nanoribbons
and (ii) a spin-polarized current through the Mn2/GNR, with the control of the magnetization of the dimers.
Finally, are show that H-passivate diamond-like Si monolayer and nanoribbons are semiconducting with low formation energies. Similarly to graphene, the non-H passivated Si monolayers, both planar and buckled, present linear dispersion of the ¼/¼¤ levels that cross at
the Fermi energy. / Apresentamos neste trabalho os resultados do estudo sistemático da estabilidade energética e das propriedades estruturais, magnéticas e eletrônicas de nanofitas de grafeno (GNR) dopadas com Ni (Ni/GNR) e Mn (Mn/GNR), utilizando cálculos ab initio, realizados por meio da teoria do funcional da densidade (DFT). Também avaliamos as propriedades de transporte eletrônico dos sistemas por meio da metodologia de funções de Green fora do equilíbrio (NEGF), associadas
a DFT. As propriedades eletrônicas, energéticas e magnéticas de monocamadas de Si, assim como de nanofitas de Si saturadas com H foram também estudadas. Avaliamos as configurações do átomo de Ni adsorvido e substitucional nas GNRs com bordas em formato zigzag. Nós obtivemos que os átomos de Ni adsorvem sobre as bordas da GNR, com uma diferença energética de aproximadamente 0.3 eV, quando comparadas com a adsorção no meio da nanofita. Os momentos magnéticos sobre os átomos de carbono da borda
da nanofita se alteram pela presença do átomo de Ni, decrescendo rapidamente á medida que se aproximam do síıtio do Ni e recuperando os valores da nanofita pura a 9°A do átomo de Ni. Nós obtivemos estados d do Ni dentro de uma janela de energia de 1 eV acima e abaixo da energia de
Fermi, os quais dão origem a um transporte de carga dependente do spin. Quando dois átomos de Ni são adsorvidos em bordas diferentes, a configuração com acoplamento antiferromagnetico entre os átomos de Ni é mais estável. O Ni substitucional na borda da nanofita é previsto como
o sétio energeticamente mais favorável. Neste caso também obtivemos um transporte de carga dependente do spin, o que sugere a possibilidade de construção de dispositivos de filtro de spin baseados em GNRs com átomos de Ni adsorvidos ou substitucionais. Estudamos ainda a dopagem da GNR com Mn, onde foram consideradas as nanofitas com bordas zigzag e armchair. Em todas as nanofitas avaliadas, o Mn atômico apresenta maior estabilidade energética nos sítios junto à borda destas nanofitas. O mesmo se dá para as configurações com o Mn substitucional na nanofita. Para os d´ımeros de Mn adsorvidos sobre as nanofitas de carbono, nossos resultados revelam que existe uma preferência energética para os dímeros sobre sítios ao longo da borda das nanofitas. Nas configurações mais estáveis, os dímeros de Mn apresentam uma redução na distância de equilíbrio quando comparados ao Mn2 isolado. Para as nanofitas zigzag o estado da agnetização do dímero de Mn não é afetada pelo estado ferro F ou ferro A do substrato. Para ambas as configurações, o dímero de Mn na configuração antiferromagnética (AF) é o mais estável. As configurações dímero/nanofita: Mn2/ferro A e as Mn2/ferro F, apresentam propriedades eletrônicas distintas, sendo a primeira semicondutora (mantendo a característica eletrônica da nanofita ferro A não dopada), enquanto a última resulta semi-metálica. Estas propriedades eletrônicas apontam para duas consequências interessantes (i) o uso destes sistemas como nanomemórias, com um processo de leitura por meio da medida da corrente eletrônica através das nanofitas, e (ii) a obtenção de uma corrente com
polarização de spin ao longo dos sistemas Mn2/nanofitas, através do controle da magnetização dos dímeros de Mn.
Mostramos ainda que a monocamada e as nanofitas de Si passivadas com H, tipo diamante, são semicondutoras e apresentam uma reduzida energia de formação. De modo semelhante ao grafeno, a monocamada de Si não passivada planar e corrugada, apresenta dispersão linear dos níveis ¼/¼¤ que cruzam a energia de Fermi. A nanofita zigzag é obtida com os mesmos estados magnéticos da nanofita de grafeno correspondente.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/3890 |
| Date | 16 July 2010 |
| Creators | Rigo, Vagner Alexandre |
| Contributors | Piquini, Paulo Cesar, Fazzio, Adalberto, Miranda, Caetano Rodrigues, Schelp, Luiz Fernando, Balzaretti, Naira Maria |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Física, UFSM, BR, Física |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100500000006, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 300, fd6922d3-ec6f-44ef-947e-a60a90ff9691, 1a89e6ea-aabd-4861-9261-948cce9468e1, 8fbc81d9-1194-4d69-8fe3-a8aa9d9d235f, ab6ab26e-517d-4e73-a4e0-5abbd5a82bc3, 83cae2eb-925f-4728-82fd-ec1b13ce25b6, 6768c405-b45c-4941-a73b-af7ebad12685 |
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