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Título: Estudo teórico de bicamada de grafeno em superfície Cu(111).
Autor(es): Souza, Everson dos Santos
Orientador: Scopel, Wanderlã Luis
Palavras-chave: Bicamada de grafeno
Superfície Cu(111)
CO, momento magnético
Data do documento: 30-Set-2014
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Neste trabalho, a estabilidade energética, propriedades eletrônicas e estruturais de camadas de grafeno adsorvidas em superfície Cu(111) foram examinadas através de cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). Nós examinamos a adsorção em superfície Cu(111) de (i) monocamada de grafeno sem defeitos (G) e bicamada de grafeno sem defeitos (BLG), (ii) bicamada de grafeno com defeito substitucional de átomo de Co. Em (i) foram consideradas três diferentes possíveis configurações para formação das interfaces. A partir de nossos resultados foi encontrado que a formação das interfaces G/Cu(111) e BLG/Cu(111) são processos exotérmicos, com energia de adsorção de 35,3 meV/Å2 e 39,2 meV/Å2 para as configurações mais estáveis, respectivamente. Além disso, nós encontramos para bicamada de grafeno em Cu(111) uma distância de equilíbrio entre o metal e a camada de grafeno interfacial de 2,89 Å, idêntico ao valor para monocamada. Assim, estes resultados indicam que a adsorção de G e BLG em Cu(111) é guiada por uma adsorção física. Além disso, a formação das interfaces G/Cu(111) e BLG/Cu(111) dá origem a flutuações de densidade de carga e a monocamada e bicamada de grafeno em Cu(111) são n-dopadas. Conforme verificado por análise de Bader, existe uma transferência de carga da superfície de cobre para G e para BLG de 0,0062 e/Å2 e 0,0058 e/Å2, respectivamente. Em (ii) estudou-se inicialmente defeitos substitucionais de átomos de Co na camada superior da BLG em dois sítios atômicos diferentes (sistemas BLG-Coα e BLG-Coβ), sem a presença do substrato de metal. Neste caso, nossos resultados tem indicado que existe um momento magnético total não-nulo nos sistemas BLG-Coα e BLG-Coβ. Em seguida, considerando a adsorção do sistema BLG-Coβ na superfície Cu(111), nós encontramos que a formação da interface BLG-Coβ/Cu(111) é um processo exotérmico, com energia de adsorção de 40,1 meV/Å2. Apesar de não existir ligação química na interface grafeno-metal ou aumento significativo da energia de adsorção, o momento magnético total do sistema BLG-Coβ é extinto quando adsorvido no substrato de cobre, devido principalmente à transferência de carga do Cu(111) para BLG-Coβ .
In this work, the energetic stability, electronic, and structural properties of graphenesheets adsorbed on Cu(111) surface have been examined through first principle calculationsbased on density functional theory (DFT). We have considered the adsorption on Cu(111)surface of (i) defect-free monolayer graphene (G) and defect-free bilayer graphene (BLG), (ii)bilayer graphene with substitutional defects of the Co atom. In (i) we have considered threedifferent possible configurations for formation of interfaces. We find that the formation ofG/Cu(111) and BLG/Cu(111) are exothermic processes, with adsorption energy of the 35.3meV/Å2and 39.2 meV/Å2on the most stable configurations, respectively. Moreover, we findto bilayer graphene an equilibrium distance between metal and interfacial graphene layer of2.89 Å, identical to the value for the monolayer. Thus, this results have been indicated thatthe adsorption of G and BLG on Cu(111) are guided by a weak physisorption. Additionally,the formation of G/Cu(111) and BLG/Cu(111) interfaces gives rise to the charge densityfluctuations and G and BLG on Cu(111) aren-type doped. As verified by Bader analysis,there exist a charge transfer from copper surface for G and BLG of the 0.0062 e 0.0058 e/Å2,respectively. In (ii) we studied substitutional defects of the Co atom in the topsheet ofBLG in two different atomic sites (BLG-Coαand BLG-Coβsystems), without the presenceof the metal substrate. In this case, our results have indicated that there is a non-zerototal magnetic moment in BLG-Coαand BLG-Coβsystems. Also, considering adsorption ofBLG-Coβon Cu(111) surface, we find that the formation of BLG-Coβ/Cu(111) is an exothermicprocess, with adsorption energy of the 40.1 meV/Å2. Even though, we not find chemicalbond on graphene-metal interface or significant increase of adsorption energy, the totalmagnetic moment of BLG-Coβsystem is quenched when adsorbed on copper substrate, dueto predominant the charge transfer from Cu substrate for BLG-Coβ.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/7455
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