Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15619
metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Propriedades eletrônicas, magnéticas e estruturais de materiais 2D nano-estruturados
metadata.dc.creator: Fernandes, Marcelo
metadata.dc.contributor.advisor1: Schmidt, Tome Mauro
metadata.dc.contributor.referee1: Piovesan, Erick
metadata.dc.contributor.referee2: Torre, Liliana Sanz de La
metadata.dc.contributor.referee3: Venezuela, Pedro Paulo de Mello
metadata.dc.contributor.referee4: Carvalho, Vagner Eustáquio de
metadata.dc.description.resumo: Sistemas bidimensionais (2D) apresentam propriedades eletrônicas e magnéticas adequadas para ser aplicadas em dispositivos de nano escala. Ao lado do promissor material 2D - grafeno - outros sistemas como as folhas hexagonais de ZnO bem como outros compostos do grupo III/V, II/VI e IV/IV, que originalmente se encontram na estrutura wurtzita (WZ), são previstos se transformarem em estrutura plana e hexagonal tipo grafite quando formada por poucas camadas. Alguns desses sistemas 2D possuem um magnetismo intrínseco, como as nanofitas de grafeno e ZnO, devido as ligações insaturadas das extremidades. Entretanto a maioria desses sistemas 2D precisam ser dopados para apresentarem magnetismo. Controlar os estados de carga e magnéticos nesses sistemas 2D é um desafio. A dopagem com metais de transição (MT) ou elementos sp é uma escolha natural. Embora alguns elementos sp exibem magnetismo e facilidade na dopagem, eles apresentam uma estabilidade ferromagnética (FM) menor que os elementosMT em sistemas 2D. De outra maneira, MTs apresentam maior acoplamento FM, tanto em sistemas 0D, 1D, como em 2D. Bulk de ZnO dopado com Co apresenta um fraco acoplamento antiferromagnético (AFM), enquanto filmes finos de ZnO dopados com Co podem exibir um ferromagnetismo a temperatura ambiente, onde o acoplamento magnético somente pode ser entendido se governado por co-defeitos. O magnetismo em nanoestruturas é um potencial para aplicações na spintrônica. Contudo para aplicações práticas, os sistemas nanoestruturados d evem estar em contato com outro material. Por exemplo, folhas planas de ZnO tipo-grafite se encontram sempre depositadas em uma superfície, que é geralmente um substrato metálico de Ag(111). Crescer poucas camadas de ZnO em um material semicondutor, como o Si é difícil. Normalmente a interface não é bem definida, sendo necessário a utilização de um material intermediário. Desse modo, o entendimento das interfaces entre sistemas 2D e superfícies semicondutoras é crucial para aplicações em nanodispositivos. Além disso, mesmo que MT dopantes em sistemas confinados de ZnO apresentem forte acoplamento FM, ainda não é conhecido os efeitos no acoplamento magnético quando o ZnO está sobre uma superfície metálica ou semicondutora. Nessa tese, nós primeiramente investigamos a estabilidade energética de poucas camadas de ZnO adsorvidas em superfícies Ag(111) Si(111), grafite e grafeno. Nossos resultados mostram que camadas de ZnO são mais estáveis na superfície não reconstruída Si(111), contudo ocorre neste caso uma forte interação entre as interfaces destruindo as características da folha de ZnO. Estudamos então, além disso, a estabilidade energética do ZnO 2D adsorvido na superfície reconstruída Si(111)7x7, em Ag(111), e nas superfícies de grafite e em grafeno. Estudamos o acoplamento magnético de MTs dopantes nesses sistemas 2D. Investigamos também as propriedades eletrônicas e estruturais de interfaces entre sistemas 2D formados por semicondutores (compostos III/V, II/VI, IV/IV) e grafeno. Nossos resultados mostram que as folhas de AlN, ZnO e h-BN em grafeno apresentam uma possibilidade interessante na construção de heteroestruturas em que as propriedades eletrônicas do grafeno como a alta mobilidade no ponto k se mantém.
Abstract: Two-dimensional (2D) systems present electronic and magnetic properties which are suitable for nanoscale device applications. Besides the promisor 2D graphene material other 2D systems like ZnO graphitic sheet as well other III/V, II/VI, and IV/IV compounds which are originally in the wurtzite (WZ) structure, were predicted to transform into graphitic like structures when formed by few layers. Some of these 2D systems are intrinsically magnetic, like graphene and ZnO sheet, when in the nanoribbon form, due to the unsaturated edge bonds. However most of these 2D systems have to be doped to be magnetic. The control of charge and magnetic states in these 2D systems is a hard task. Doping with transition metals (TM) or sp elements is a natural choice. Although some sp elements can exhibit magnetism and they are easier to dope, they present smaller ferromagnetic (FM) stability than TM elements in 2D systems. On the other hand, TMs exhibit higher FM coupling, either in 0D,1D,or 2D systems. TMs doped bulk ZnO present a slightly antiferromagnetic (AFM) coupling, while thin films can exhibit ferromagnetism at room temperature, where the magnetic coupling can only be understood if ruled by co-defects. Although magnetism in nanostructures is potential for spintronic applications, those systems must be in contact with other material for practical applications. For example, the planar graphitic ZnO sheets are always onto a surface, which in general is a metallic surface like Ag(111). To grow few layers of ZnO onto a semiconductor material, like Si, is dificult. Usually the interface is not well defined, and a buffer between them has been used. In this way the understanding of the interface between 2D sheets and semiconductor surfaces is crucial for nanodevice applications. More than that, even though confined ZnO systems TM doped present strong FM coupling, it is not known the effects on the ferromagnetism when the ZnO is onto a metal or semiconductor surface. In this thesis, we first investigate the energetic stability of few layers of ZnO adsorbed onto a metal Ag(111) surface, a semiconductor Si(111) surface, graphite and graphene surface. Our results show that the ZnO layers are energetically more stable on nonreconstructed Si(111) surface, followed by ZnO on reconstructed Si(111)7x7, and finally on Ag(111) and graphite/graphene surfaces. TMs doped ZnO layers onto the subtrates present diferent properties for each MT studied. We investigate either the electronic and structural properties of interfaces between semiconductor (III/V, II/VI and IV/IV compounds) and graphene. Our results show that AlN, ZnO and h-BN sheets onto graphene present a interesting possibility to construct heterostructures keeping the graphene electronic propertiers like the high mobility around the k point.
Keywords: ZnO
AlN
H-BN
SiC
Interface
Semicondutores forma-grafítica
Metais de transição
Acoplamento magnético
Sistemas 2D nanoestruturados
Heteroestruturas
Graphitic-like semiconductors
Transition metals
Magnétic coupling
Nano-structured 2D
Heterostructures
Semicondutores
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Ciências Exatas e da Terra
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Física
Citation: FERNANDES, Marcelo. Propriedades eletrônicas, magnéticas e estruturais de materiais 2D nano-estruturados. 2014. 116 f. Tese (Doutorado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15619
Issue Date: 14-Nov-2014
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