Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Laboratório de Estrutura Eletrônica dos Materiais - Leelmat
ESTABILIDADE E PROPRIEDADES ELETRÔNICAS DE IMPUREZA SUBSTITUCIONAL DE Si EM
NANOTUBOS DE BC2N
Caroline Jaskulski Rupp¹; Rogério José Baierle²
1 - Apresentadora: Acadêmico(a) do Curso de Física Bacharelado – UFSM
2 – Orientador: Professor do Departamento de Física - UFSM
INTRODUÇÃO
Os nanotubos de carbono foram descobertos por Sumio Iijima, em
1991. Após a descoberta dos nanotubos de carbono, outros materiais
compostos por elementos além do carbono foram propostos. Entre
esses materiais, encontram-se os nanotubos compostos por átomos
de carbono (C), boro (B) e nitrogênio (N), conhecidos por nanotubos
do tipo BxCyNz que podem ser obtidos devido a similaridade estrutural
entre o grafite e a rede hexagonal de nitreto de boro (BN) juntamente
com o fato de que ambos os materiais podem formar estruturas
tubulares. Um dos compostos BCN sintetizado que apresentou maior
estabilidade foi o BC2N, sintetizado pela técnica de CVD, utilizando
como materiais primários o BCl3 e o CH3CN.
Figura 1.1: Nanotubos BC2N puros. (a) Zigzag e (b) Armchair.
OBJETIVOS
Investigar a estabilidade e as principais propriedades eletrônicas
quando nanotubos de BC2N armchair e zigzag são dopados por
silício. A dopagem é estudada apenas no sítio substitucional, ou seja,
um átomo da rede (C, B ou N) será removido e um átomo de Si será
introduzido no seu lugar.
Figura 1.2: Configuração local da dopagem de Si nos nanotubos
BC2N armchair (3,3). (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN.
ENERGIA DE FORMAÇÃO
Eform[SiY] = Et[NT+Siy] – Et[NT] - µSi + µY
• SiY é o átomo de Si no sítio do átomo Y (B, CI, CII e N);
• Et[NT+SiY] é a energia total do sistema dopado com
Si;
METODOLOGIA
• Et[NT] é a energia total do nanotubo sem dopagem;
Para fazer o estudo teórico da dopagem em nanotubos de BC2N
usamos o formalismo do funcional da densidade (DFT) e
pseudopotenciais de norma conservada. Os defeitos são simulados
utilizando o método de supercélula e os cálculos realizados no código
computacional SIESTA.
• µ é o potencial químico dos átomos envolvidos na
dopagem calculados como a energia total por átomo na
fase cristalina do boro (α-B), do grafite, da molécula de
N2 e da fase cristalina cúbica do silício (zinc-blend).
Figura 1.3: Configuração local da dopagem de Si nos
nanotubos BC2N zigzag (5,0) (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN.
Figura 1.3: Estrutura de Bandas dos nanotubos BC2N armchair (3,3) dopados com Si (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN.
Dopagem
Simetria
Eform (eV)
dtubo-Si (Å)
SiB
Zigzag
3.07
0.89
SiCI
Zigzag
2.74
1.33
SiCII
Zigzag
2.08
0.59
SiN
Zigzag
6.35
1.35
SiB
Armchair
3.07
0.88
SiCI
Armchair
2.62
1.06
SiCII
Armchair
1.62
0.52
SiN
Armchair
6.19
1.20
Figura 1.4: Estrutura de Bandas dos nanotubos BC2N zigzag (5,0) dopados com Si (a) SiB, (b) SiCI, (c) SiCII e (d) SiN.
CONCLUSÃO
Analisando os resultados, temos que a mais baixa energia de formação
da impureza ocorre quando o Si substitui um átomo de CII, sendo que
esta é a posição mais estável do Si na rede. A mais alta energia de
formação ocorre quando o Si substitui um átomo de N. Com relação a
parte eletrônica, observamos que o Si no sítio de um átomo de B
introduz um nível parcialmente preenchido no gap; no sítio do CI, o nível
da impureza fica ressonante com a banda de valência; no sítio do CII
surge um nível vazio próximo ao fundo da banda de condução e no sítio
do N, um nível parcialmente preenchido e próximo ao topo da banda de
valência.
A dopagem de nanotubos de BC2N por Si pode ser feito a um baixo
custo e as propriedades eletrônicas são dependentes do sítio onde a
impureza é introduzida.
Figura 1.5: Estrutura de Banda dos nanotubos BC2N puros.
(a) zigzag (5,0) e (b) armchair (3,3).
Suporte: CNPQ; Curso de Física da UFSM; CENAPAD - UNICAMP