ESTABILIDADE E PROPRIEDADES ELETRÔNICAS DE IMPUREZA SUBSTITUCIONAL DE Si EM NANOTUBOS DE BC2N

Caroline Jaskulski Rupp¹; Rogério José Baierle²1 - 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 1991. 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 1.5: Estrutura de Banda dos nanotubos BC2N puros.

(a) zigzag (5,0) e (b) armchair (3,3).

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 C II 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 1.3: Estrutura de Bandas dos nanotubos BC2N armchair (3,3) dopados com Si (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN.

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).

Universidade Federal de Santa Maria – UFSM

Laboratório de Estrutura Eletrônica dos Materiais - Leelmat

Dopagem Simetria Eform (eV) dtubo-Si (Å)

SiB Zigzag 3.07 0.89

SiCI Zigzag 2.74 1.33

SiCII Zigzag 2.08 0.59

SiN Zigzag 6.35 1.35

SiB Armchair 3.07 0.88

SiCI Armchair 2.62 1.06

SiCII Armchair 1.62 0.52

SiN Armchair 6.19 1.20

Figura 1.4: Estrutura de Bandas dos nanotubos BC2N zigzag (5,0) dopados com Si (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN.

Suporte: CNPQ; Curso de Física da UFSM; CENAPAD - UNICAMP

Figura 1.3: Configuração local da dopagem de Si nos nanotubos BC2N zigzag (5,0) (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN.