Estudo teórico da estabilidade e propriedades eletrônicas de defeitos em nanotubos de GaN
Resumo
Usando o formalismo do funcional da densidade com polarização de spin e a aproximação da densidade
local para o termo de troca-correlação, estudamos a estabilidade e as propriedades eletrônicas de defeitos do tipo
antisítios, vacâncias e impureza substitucional de C e Si em nanotubos de GaN. Investigamos esses defeitos em
dois nanotubos; no nanotubo zigzag (10,0) com diâmetro de 10,4 Å e no nanotubo armchair (6,6) com diâmetro
de 11,2 Å. Os cálculos de energia total apresentam que estes nanotubos são energeticamente metaestáveis, com
respeito a fase cristalina do GaN. Os cálculos de estrutura eletrônica apresentam que são semicondutores, onde o
nanotubo zigzag possui gap direto e o armchair indireto.
Obtivemos que os antisítios possuem energia de formação mais baixa em nanotubos com relação aos respectivos
defeitos no cristal de GaN e observamos que para ambas as quiralidades o antisítio NGa origina um nível
ocupado no gap e o antisítio GaN um vazio e dois ocupados. Para a vacância de nitrogênio (VN) na geometria de
equilíbrio duas das três ligações pendentes recombinam-se formando um pentágono e um átomo permanece com
uma ligação pendente. Na configuração de mínima energia para a vacância de gálio (VGa) obtivemos que dois
átomos de N formam um dímero N − N enquanto que o terceiro liga-se a um átomo de Ga segundo vizinho ao
átomo que foi removido, que passa a ficar tetracoordenado. Energeticamente as vacâncias são menos favoráveis
que os antisítios (energia de formação mais alta) e com relação as propriedades eletrônicas, os níveis de defeito
apresentam um desdobramento de spin dando origem a um momento magnético de 1μB. Impurezas apresentam
as menores energia de formação em relação aos defeitos estudados e os resultados da estrutura eletrônica apresentam
que quando as impurezas estão substitucionais a um átomo de N (SiN e CN) temos um nível aceitador e
profundo, apresentando uma separação de spin em torno de 0,8 eV. No caso da impureza estar substitucional a um
átomo de Ga (SiGa e CGa) temos a formação de um nível doador e raso, indicando a possibilidade de obtermos
semicondutores do tipo n através de dopagem.