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Título: Estudo de vacâncias em grafeno via cálculos de primeiros princípios
Autor(es): Paz, Wendel Silva
Orientador: Scopel, Wanderlã Luis
Palavras-chave: Grafeno
Momento magnético
Vacância
Campo hiperfino
Graphene
Magnetic moment
Vacancy
Hyperfine field
Data do documento: 15-Mar-2013
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Citação: PAZ, Wendel Silva. Estudo de vacâncias em grafeno via cálculos de primeiros princípios. 2013. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2013.
Resumo: Neste trabalho foram investigados defeitos tipo vacância de carbono em folhas de grafeno, utilizando cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). Foram estudadas as propriedades magnéticas, estruturais, eletrônicas e hipernas considerando dois tipos diferentes de defeitos: (i) monovacâncias e (ii) divacâncias. No intuito de gerar monovacância e divacância foram removidos um ou dois átomos de carbono de uma folha de grafeno pura, respectivamente. Nossos resultados evidenciaram uma distorção local em torno das vacâncias. Em particular, para divacância foi observada a formação de dois pentágonos e um octógono com todas as ligações pendentes reconstruídas, resultando em um estado fundamental não magnético. Por outro lado, para uma monovacância isolada observou-se uma reconstrução da ligação entre dois dos três átomos em torno da vacância. Entretanto, uma investigação sistemática do possível deslocamento para fora do plano do átomo associado à ligação pendente foi então considerada no intuito de determinar seus efeitos sobre as propriedades eletrônicas e magnéticas do sistema. Foi assim encontrado que o estado fundamental é magnético e planar, com o átomo que não participa da ligação reconstruída permanecendo no plano e com as bandas 𝜎 e 𝜋 contribuindo para o momento magnético total. Além disso, observamos que soluções metaestáveis podem ser alcançadas a partir de um deslocamento inicial deste terceiro átomo de 0,50 Å perpendicularmente ao plano da folha, o que leva a uma geometria não planar e um estado não magnético. Por m, foram investigadas as propriedades hipernas de folhas de grafeno com defeitos tipo vacância. Nossos resultados mostraram que valores apreciáveis do campo magnético hiperno são encontrados nos núcleos de átomos com ligações pendentes e nas suas vizinhanças. Além disso, foi observada uma correlação aproximadamente linear entre o campo magnético hiperno e o momento magnético (por átomo de carbono) para todos os tipos de defeitos estudados. Por fim, foram investigadas as propriedades hipernas de folhas de grafeno com defeitos tipo vacância. Nossos resultados mostram que o valor do campo hiperno está concentrado basicamente no átomo com a ligação pendente. Entretanto, esse campo variou para o caso em que foi considerado duas vacâncias próximas, onde houve o aparecimento de um outro pico. Além disso, mostramos que existe uma correlação linear entre o campo hiperno e o momento magnético (por átomo de carbono) para todos os tipos de defeitos estudados.
In this work, we have investigated the electronic, magnetic and structural features of graphene sheets containing atomic vacancies by using rst principle calculations based on density functional theory (DFT). Two di erent types of defects were considered: (i) single vacancies and (ii) divacancies. To this end, we have created a single vacancy and a divacancy by removing one or two carbon atoms from the pure graphene sheet, respectively. From the structural point of view, our results showed that a local distortion occurs around the vacancies. In particular, in the case of a divacancy the formation of pentagon and octagon structures with reconstruction of all dangling bonds was observed, resulting in a non-magnetic ground state. On the other hand, in the case of a single vacancy the reconstruction of two dangling bonds was detected, with the third atom with a dangling bond remaining in the plane. In order to verify the existence of possible metastable solutions involving di erent geometries of the graphene sheet containing a single vacancy, we have investigated in detail the possible displacement of this third atom perpendicularly to the sheet. In this case, the ground state was found to be magnetic and planar, with both 𝜎 and 𝜋 bands contributing to the total magnetic moment of the system, but metastable non-magnetic solutions could be achieved if an initial out-ofplane displacement of the third atom above 0.5 Å is provided. Finally, we have examined the hyper ne properties of graphene sheets with di erent types of carbon vacancies. The results showed that signi cant values of the hyper ne magnetic eld are found at nuclei of atoms with dangling bonds and in their neighborhood. Additionally, we have observed that there exists a nearly linear correlation between magnetic moment (per carbon atom) and hyper ne magnetic eld for all defects studied herein.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/7445
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