Adsorção de bifenil na superfície de Si (001) por um método de primeiros princípios

Lima, Claudio Pereira

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15675

Document type:	Dissertação
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Adsorção de bifenil na superfície de Si (001) por um método de primeiros princípios
Author:	Lima, Claudio Pereira
First Advisor:	Schmidt, Tome Mauro
First coorientator:	Miwa, Roberto Hiroki
First member of the Committee:	Xavier, José Cândido
Second member of the Committee:	Dantas, Socrates de Oliveira
Summary:	Nesse trabalho fazemos um estudo da adsorção de moléculas de bifenil sobre a superfície de silício crescida na direção (001). Utilizamos cálculos de primeiros princípios (ab initio), dentro do formalismo da Teoria do Funcional de Densidade (DFT). Dentro do formalismo da DFT, utilizamos aproximação da densidade local (LDA) e aproximação de gradientes generalizados (GGA) para descrever o termo de troca e correlação. Representamos a superfície através de supercélulas , cujas propriedades eletrônicas possuem a mesma representatividade de uma superfície periódica e infinita. Fizemos uso de pseudopotenciais de norma conservada e simulamos imagens de microscopia eletrônica (STM) para mapear eletronicamente detalhes da superfície em questão. O código utilizado foi o Siesta na versão 1.3, no qual os orbitais atômicos são descritos através de funções de bases localizadas, o que possibilita cálculos de supercélulas contendo centenas de átomos. Nosso trabalho consiste em verificar teoricamente alguns dados experimentais, cujos resultados preliminares indicam a possibilidade de haver duas configurações estáveis, as quais chamaremos de Ba e Bb, para a adsorção de molécula de bifenil sobre a superfície de silício na direção (001). Segundo os resultados experimentais a configuração Ba é mais estável que a Bb. Também observa-se que a molécula de bifenil permanece fixa sobre a superfície de Si na configuração Ba, tanto a baixas temperaturas (cerca de 35 K), quanto a temperatura ambiente. Entretanto, a configuração Bb apresenta biestabilidade, pois a baixas temperaturas a molécula fica fixa sobre a superfície e a temperatura ambiente a molécula oscila sobre a mesma superfície, o que pode ocasionar numa mudança periódica nas propriedades eletrônicas do material, cuja principal característica é o fato de ser uma superfície semicondutora de muita aplicação tecnológica (chips, memórias, circuitos, etc). Uma mudança periódica nas características eletrônicas dessa superfície pode funcionar como uma nanomáquina, cuja aplicação pode ser um contador, clock, interruptor, circuito lógico em escala atômica, etc. Fizemos um estudo das propriedades eletrônicas da superfície e da molécula de bifenil sobre a superfície, para várias configurações da molécula sobre tal superfície. Verificamos porém, que os estados da molécula sobre a superfície apresenta uma pequena influência na largura do gap desta, ou seja, a molécula não proporciona mudanças significativas na característica semicondutora da superfície de Si, de forma que os resultados experimentais não estão de acordo com os cálculos teóricos usando DFT, cuja credibilidade se deve aos bons resultados que essa teoria tem proporcionado na Física de Materiais e vem se expandindo a cada dia.
Abstract:	In this work we investigated the structural and electronic properties of the adsorption of biphenyl molecules on the Si(001) surface. We use the density functional theory with norm conserving psedopontial formalism. For the exchange-correlation energy we test both the local density and the generalized gradient approximations, where the last approach have been showed to give better results to describe the adsorpotion of a molecule on the Si surface. Our results show that the biphenyl molecule is adsorbed on the Si(001) surface in four different structures. This result is in agreement with experimental data where have been observed at least two different configurations for the biphenyl on the Si(001) surface. The binding energy for the most stable structure of the biphenyl is 2.48 eV. We observe that some molecule bonds with the Si surface are strong, while others on are not. By personating alternating dimer rows of the Si(001) surface with hydrogen atoms, our results show that the structure of the biphenyl on the Si surface keeps almost the same as that of the non-passivated surface. However there is a change of the stability: the most stable structure for the biphenyl on the saturated Si(001) surface is different from the structure of the biphenyl on the non saturated surface. With the adsorption of the biphenyl molecule on the Si(001) surface, the energy band gap suffer small changes. The presence of the biphenyl on the surface introduce energy levels inside de valence band and inside the conduction band. For non-passivated surfaces the band gap suffer very small reduction when the biphenyl is adsorbed. On the other hand for hydrogen passivated surfaces the band gap suffer an enlargement with the adsorption of the biphenyl molecule.
Keywords:	ab initio Funcional da densidade Troca e correlação Pseudopotencial Density functional Exchange-correlation Pseudopotential Física do estado sólido Silício Superfícies (Física)
Area (s) of CNPq:	CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language:	por
Country:	BR
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym:	UFU
Department:	Ciências Exatas e da Terra
Program:	Programa de Pós-graduação em Física
Quote:	LIMA, Claudio Pereira. Adsorção de bifenil na superfície de Si (001) por um método de primeiros princípios. 2007. 81 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15675
Date of defense:	27-Feb-2007
Appears in Collections:	DISSERTAÇÃO - Física

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
CPLimaDISS1PRT.pdf		1.54 MB	Adobe PDF	View/Open
CPLimaDISS2PRT.pdf		1.48 MB	Adobe PDF	View/Open

Show full item record