Sistemas bidimensionais à base de silício: um estudo ab initio
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Data
2023-02-24Primeiro membro da banca
Rosa, Andreia Luisa da
Segundo membro da banca
Silva, Juarez Lopes Ferreira da
Terceiro membro da banca
Menezes, Marcos Gonçalves de
Quarto membro da banca
Köhler, Mateus Henrique
Metadata
Mostrar registro completoResumo
Usando cálculos de primeiro princípios dentro do formalismo da teoria do funcional da densidade
(DFT), investigamos sistemas bidimensionais (2D) baseados em silício, onde duas fases foram
consideradas: o siliceno low-buckled (LB) e o siliceno dumbbell (DB).
Primeiro, estudou-se as propriedades estruturais e eletrônicas de uma heteroestrutura de van der
Waals (vdW) formado pelo siliceno LB e a monocamada de NiI2. Observamos uma interação
entre as duas camadas com uma transferência líquida de carga do semicondutor ferromagnético
NiI2 para o siliceno LB, quebrando a simetria de inversão da estrutura do siliceno LB. No
entanto, as cargas fluem em direções opostas para os dois canais de spin, o que leva a uma
heteroestrutura de vdW com um gap polarizado por spin entre os estados 𝜋 e 𝜋
★ que forma o
topo da banda de valência e o fundo da banda de condução, respectivamente. O gap pode ser
ajustado controlando a distância vertical entre as monocamadas. As características apresentadas
por esta heteroestrutura de vdW são novas, e acreditamos que o siliceno LB junto com o NiI2
pode ser usado para construir heteroestruturas de vdW com propriedades apropriadas para uso
em nanodispositivos onde o controle da mobilidade do portador dependente de spin é necessário
para que possa ser incorporado na eletrônica baseada em silício.
Em segundo lugar, monocamada de nitreto de boro hexagonal (h-BN) e siliceno (LB ou DB)
são usadas para formar heteroestruturas de vdW. Os efeitos de campos elétricos externos e
compressão vertical em suas propriedades estruturais e eletrônicas foram sistematicamente
estudados através de cálculos de primeiros princípios. Eles mostram novas propriedades em
comparação com as monocamadas isoladas, como um intervalo de banda ajustável que depende
da distância entre as monocamadas, sendo regido pela transferência de carga e hibridação orbital
entre h-BN e siliceno, especialmente no caso do siliceno LB. A aplicação de um campo elétrico
externo provoca um aumento no gap no h-BN/siliceno DB e causa um rearranjo assimétrico de
carga no h-BN/siliceno LB. Notavelmente, encontramos um grande potencial para as camadas
de h-BN funcionarem como substratos para o siliceno, aumentando os efeitos de compressão
vertical e campo elétrico em suas propriedades eletrônicas. Esses resultados contribuem para
uma compreensão mais detalhada dos materiais baseados em h-BN/siliceno 2D, destacando
possibilidades promissoras em eletrônica de baixa dimensão.
Em terceiro lugar, investigamos o uso de siliceno DB como ânodo para baterias de íons de lítio
(LiBs). Os sítios energeticamente mais estáveis para adsorção de Li em siliceno DB foram
investigadas, e as barreiras de energia para difusão de Li-íon entre os possíveis sítios de adsorção
estáveis foram calculadas. Descobrimos que o siliceno DB pode ser litiado até uma proporção
de 1,05 Li para cada átomo de Si, resultando em uma alta capacidade de armazenamento de
1002 mAhg−¹
e um potencial médio de circuito aberto de 0,38 V, o que torna o siliceno DB
adequado para aplicações como ânodo em LiBs. A barreira de energia para difusão de íons de
lítio foi calculada para e observou-se que esta é pequena (0,19 eV), sugerindo que os íons de lítio
podem se difundir facilmente em toda a superfície do siliceno DB, diminuindo o tempo para o
processo de carga/descarga das LiBs. Nossas investigações detalhadas mostram que o silicone
DB possui características adequadas para aplicação em LiBs de alto desempenho. Em resumo,
os três trabalhos servem para elucidar as propriedades do Si 2D e suas possíveis aplicações em
dispositivos eletrônicos.
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