Estudo teórico de defeitos em nanotubos de BN
Resumo
O nitreto de boro (BN) é formado por ligações covalentes entre B e N. Na fase
cristalina pode ser encontrado nas diferentes estruturas: cúbica (c-BN), hexagonal
(h-BN), wurtzita (w-BN) e romboédrica (r-BN). Similar ao grafite, o h-BN pode formar
estruturas bidimensionais (planos ou camadas), as quais podem ser cortadas
formando tubos. O c-BN tem uma dureza semelhante à do diamante, que é mantida
até 2000 °C, enquanto que o diamante se desfaz em grafite a cerca de 900 °C. Estas
propriedades fazem do BN um material promissor para nanoeletrônica em ambientes
abrasivos. Neste trabalho, estudamos as propriedades estruturais e eletrônicas de
nanotubos de BN. Nosso estudo é dirigido não só para os nanotubos de BN na forma
pristina (sem defeitos), mas também quando defeitos topológicos (vacâncias) e impurezas
(carbono) estão presentes. Os cálculos de primeiros princípios são baseados
na teoria do funcional da densidade (TFD) com a aproximação do gradiente generalizado
para o termo de troca-correlação (AGG). Utilizamos o código computacional
SIESTA com funções gaussianas para expandir os orbitais de Khon-Sham. Observamos
que as energias de formação para impurezas de carbono (C) são menores
que para vacâncias. Os nanotubos de BN na fase pristina estudados são semicondutores
não magnéticos com um gap de energia de cerca de 3,5 eV e praticamente
independente do diâmetro e da quiralidade do tubo. Impurezas de carbono introduzem
níveis eletrônicos localizados no gap enquanto que vacâncias geram momentos
magnéticos para os nanotubos de BN. Cálculos para defeitos complexos (impurezas
de C e vacâncias) mostram uma menor energia de formação quando comparados
com defeitos isolados, indicando maior probabilidade de ocorrer. Vacâncias duplas
têm energias de formação similares as de vacâncias simples e na geometria de equilíbrio
ocorre uma reconstrução onde uma estrutura pentágono-octógono-pentágono
(5−8−5) está presente. Não existem ligações pendentes e o momento magnético é
zero, mas níveis eletrônicos de spin não polarizados estão presentes no gap.