Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we present the study of the electronic and structural properties of the heterojunction formed by (10,0) zig-zag nanotubes of aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN). To simulate the system, we use periodic boundary conditions and an unit cell containing 160 atoms, 80 in the AlN nanotube and 80 in the BN nanotube. The calculations were performed using a first principles approach within the Density Functional Theory. The generalized gradient approximation was employed to treat the exchange and correlation functional. Due to the difference of 2.075 Åbetween the average diameters of the (10,0) AlN and BN nanotubes, a structural rearrangement takes place in the layers near the nanotube junctions, in the heterojunction. The zig-zag configuration of both nanotubes gives rise to two different junction. One of them contains bonds between the Al atoms in the AlN nanotube and the N atoms in te BN nanotube, whereas the other contains bonds between the N atoms in the AlN nanotube and the B atoms in the BN nanotube. A charge concentration of opposite signs is determined on the two different junctions, resulting in a electric dipole of 6 × 10−3 Debye along the nanotube axis. The heterojunction presents an energy gap of 2.5 eV, lower than those for the isolated AlN (3.2 eV) and BN (4.1 eV) nanotubes, in the density functional theory level. The formation of the heterojunction is seen to be an endothermic process, requiring 0.54 eV per chemical bond at the junctions. The band offset is determined to be of the type II, staggered, with the top of the valence band on the BN nanotube being 0.26 eV above in energy than the top of the valence band on the AlN nanotube. / Neste trabalho apresentamos o estudo das propriedades eletrônicas e estruturais da heterojunção dos nanotubos de nitreto de alumínio e nitreto de boro numa configuração zig-zag (10,0). Utilizamos condições periódicas de contorno e uma célula unitária de 160 átomos, sendo 80 no nanotubo de AlN e 80 no nanotubo de BN. Os resultados foram obtidos através de cálculos de primeiros princípios usando a Teoria do Funcional da Densidade, com a aproximação do gradiente generalizado para o funcional de troca e correlação. Devido à diferença de 2,075 Å entre os diâmetros médios dos nanotubos de AlN e BN (10,0) isolados, ocorre um rearranjo estrutural significativo nas camadas atômicas próximas às junções dos nanotubos, nas heterojunções. As configurações zig-zag de ambos os nanotubos dão origem a duas diferentes junções, uma delas contendo ligações dos átomos de Al do nanotubo de AlN com átomos de N do nanotubo de BN, enquanto que a outra junção contém ligações entre os átomos de N do nanotubo de AlN com átomos de B do nanotubo de BN. Uma concentração de carga de sinais opostos é determinada para as duas junções entre os nanotubos, resultando na formação de um dipolo elétrico de 6 × 10−3 Debye ao longo do eixo da heterojunção. A heterojunção apresenta um gap de energia de 2,5 eV, menor que aqueles para os nanotubos de BN (4,1 eV) e AlN (3,2 eV). O processo de formação da heterojunção dos nanotubos AlN/BN (10,0) é endotérmico, requerendo 0.54 eV por ligação química nas junções. O band offset é determinado ser do tipo II, com o topo da banda de valência do nanotubo de BN estando 0.26 eV acima do topo da banda de valência do nanotubo de AlN.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/9266 |
| Date | 18 May 2007 |
| Creators | Thesing, Leandro Antonio |
| Contributors | Piquini, Paulo Cesar, Baierle, Rogério José, Schmidt, Tomé Mauro, Silva, Celso Arami Marques da |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Física, UFSM, BR, Física |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| 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, 500, 300, 300, 500, 500, fd6922d3-ec6f-44ef-947e-a60a90ff9691, a0bbf178-3deb-4b4b-8c8f-92337388b2d5, 61c91582-362d-44f0-aee0-ca7184462a03, 67c17392-b75b-46a6-8402-41ddc783dda2, 360af202-795f-4852-917b-ed983b39bcbb |
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