Universidade Federal de Santa Maria – UFSM

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1 Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Laboratório de Estrutura Eletrônica dos Materiais - Leelmat ESTABILIDADE E PROPRIEDADES ELETRÔNICAS DE IMPUREZA SUBSTITUCIONAL DE Si EM NANOTUBOS DE BC2N Caroline Jaskulski Rupp¹; Rogério José Baierle² 1 - Apresentadora: Acadêmico(a) do Curso de Física Bacharelado – UFSM 2 – Orientador: Professor do Departamento de Física - UFSM INTRODUÇÃO Os nanotubos de carbono foram descobertos por Sumio Iijima, em Após a descoberta dos nanotubos de carbono, outros materiais compostos por elementos além do carbono foram propostos. Entre esses materiais, encontram-se os nanotubos compostos por átomos de carbono (C), boro (B) e nitrogênio (N), conhecidos por nanotubos do tipo BxCyNz que podem ser obtidos devido a similaridade estrutural entre o grafite e a rede hexagonal de nitreto de boro (BN) juntamente com o fato de que ambos os materiais podem formar estruturas tubulares. Um dos compostos BCN sintetizado que apresentou maior estabilidade foi o BC2N, sintetizado pela técnica de CVD, utilizando como materiais primários o BCl3 e o CH3CN. OBJETIVOS Investigar a estabilidade e as principais propriedades eletrônicas quando nanotubos de BC2N armchair e zigzag são dopados por silício. A dopagem é estudada apenas no sítio substitucional, ou seja, um átomo da rede (C, B ou N) será removido e um átomo de Si será introduzido no seu lugar. METODOLOGIA Para fazer o estudo teórico da dopagem em nanotubos de BC2N usamos o formalismo do funcional da densidade (DFT) e pseudopotenciais de norma conservada. Os defeitos são simulados utilizando o método de supercélula e os cálculos realizados no código computacional SIESTA. Figura 1.1: Nanotubos BC2N puros. (a) Zigzag e (b) Armchair. Figura 1.2: Configuração local da dopagem de Si nos nanotubos BC2N armchair (3,3). (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN. ENERGIA DE FORMAÇÃO Eform[SiY] = Et[NT+Siy] – Et[NT] - µSi + µY SiY é o átomo de Si no sítio do átomo Y (B, CI, CII e N); Et[NT+SiY] é a energia total do sistema dopado com Si; Et[NT] é a energia total do nanotubo sem dopagem; µ é o potencial químico dos átomos envolvidos na dopagem calculados como a energia total por átomo na fase cristalina do boro (α-B), do grafite, da molécula de N2 e da fase cristalina cúbica do silício (zinc-blend). Figura 1.3: Configuração local da dopagem de Si nos nanotubos BC2N zigzag (5,0) (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN. Figura 1.3: Estrutura de Bandas dos nanotubos BC2N armchair (3,3) dopados com Si (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN. Figura 1.4: Estrutura de Bandas dos nanotubos BC2N zigzag (5,0) dopados com Si (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN. Dopagem Simetria Eform (eV) dtubo-Si (Å) SiB Zigzag 3.07 0.89 SiCI 2.74 1.33 SiCII 2.08 0.59 SiN 6.35 1.35 Armchair 0.88 2.62 1.06 1.62 0.52 6.19 1.20 CONCLUSÃO Analisando os resultados, temos que a mais baixa energia de formação da impureza ocorre quando o Si substitui um átomo de CII, sendo que esta é a posição mais estável do Si na rede. A mais alta energia de formação ocorre quando o Si substitui um átomo de N. Com relação a parte eletrônica, observamos que o Si no sítio de um átomo de B introduz um nível parcialmente preenchido no gap; no sítio do CI, o nível da impureza fica ressonante com a banda de valência; no sítio do CII surge um nível vazio próximo ao fundo da banda de condução e no sítio do N, um nível parcialmente preenchido e próximo ao topo da banda de valência. A dopagem de nanotubos de BC2N por Si pode ser feito a um baixo custo e as propriedades eletrônicas são dependentes do sítio onde a impureza é introduzida. Figura 1.5: Estrutura de Banda dos nanotubos BC2N puros. (a) zigzag (5,0) e (b) armchair (3,3). Suporte: CNPQ; Curso de Física da UFSM; CENAPAD - UNICAMP