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Title: Estudo de primeiros princípios de poucas camadas de dicalcogenetos de metal de transição sob pressão.
Authors: Freitas, Wellington Damaceno de
metadata.dc.contributor.advisor: Matos, Matheus Josué de Souza
Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho
Keywords: Teoria funcional da densidade
Metais de transição
Estrutura eletrônica
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Matos, Matheus Josué de Souza
Silveira Júnior, Orlando José
Barboza, Ana Paula Moreira
Citation: FREITAS, Wellington Damaceno de. Estudo de primeiros princípios de poucas camadas de dicalcogenetos de metal de transição sob pressão. 2019. 156 f. Dissertação (Mestrado em Ciências – Física de Materiais) – Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2019.
Abstract: Recentemente, o estudo sobre os materiais 2D tem apresentado resultados interessantes no que diz respeito à modulação de propriedades ópticas, estruturais e eletrônicas quando submetidos a deformações. Neste trabalho, utilizando cálculos de primeiros princípios, foram reportados resultados do estudo de compressão de uma classe de materiais 2D, conhecidos como dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), quando são submetidos a uma pressão externa uniaxial no eixo perpendicular ao plano dos materiais. Em particular, estudamos os materiais 1H-MX2, onde podemos ter M=Mo e W e X=S,Se e Te. A principal motivação para o estudo são resultados de caracterização eletromecânica com injeção de carga e compressão dos TMDs realizados por experimentos de microscopia de varredura por sonda. Os resultados à temperatura ambiente mostram que existe um aumento na quantidade de carga injetada no material, quando se aumenta a força, com o surgimento de dois patamares. Isso é um indicativo que está ficando mais fácil injetar mais carga e que o material pode estar sofrendo uma alteração nas propriedades eletrônicas, com, por exemplo, uma transição semicondutor-metal (SM). Os resultados experimentais com temperatura elevada (acima de 120º) mostram um comportamento diferente na injeção de carga com o surgimento de apenas um patamar. Utilizando a teoria do funcional da densidade, como implementado no código SIESTA, modelamos a aplicação de pressão uniaxial nos materiais e descrevemos a transição SM com base nas deformações que ocorrem nos materiais. Diferentes números de camadas sob pressão foram analisadas. Os resultados obtidos explicam qualitativamente a transição SM para o caso de temperatura elevada. No caso de temperatura ambiente, moléculas podem ser encontradas na superfície dos materiais. Nos experimentos de pressão essas moléculas, ou átomos, podem se ligar a superfície dos TMDs causando uma transição SM diferente. Com essa suposição foram realizados cálculos onde átomos de hidrogênio podem se ligar aos calcogenetos dos TMDs. Os resultados mostram uma fenomenologia rica na descrição das transições. O processo de hidrogenação faz a primeira camada dos materiais sofrerem a transição e com a pressão adicional as outras camadas sofrem transições por deformação.
metadata.dc.description.abstracten: In recent years, there has been an increasing in 2D material studies with interesting results regarding the optical, structural and electronic modulation properties when subjected to deformations. The purpose of this work is to investigate by using first principle calculations, how the class of 2D materials, known as transition metal dichalcogenides (TMDs), behave when subjected to an external pressure on the uniaxial axis and perpendicular to the plane of the materials. In particular, we study the materials 1H-MX2, where the M = Mo or W and X = S, Se and Te. The main motivation for this study was the electromechanical characterization results of charge injection and compression on TMDs performed by probe scanning microscopy experiments. The results at room temperature show that there is an increased amount of injected load into the material as the force increases, with the emergence of two levels. This suggests that is easier to inject more charge and the material may be undergoing through a change in electronic properties from semiconductor to metal (SM) transition. The high temperature experimental results (above 120ºC) show a different behavior in charge injection with the emergence of just one level. Using the Density Functional Theory, implemented by the SIESTA code, we model the application of uniaxial pressure on the materials and describe the SM transition based on the deformations in the materials. Different numbers of layers under pressure were analyzed. The obtained results qualitatively explain the SM transition for the case of high temperature. The hypothesis is that at room temperature, molecules may be found on the surface of materials. During pressure experiments, these molecules or ions, can bind to the TMDs surface causing a different SM transition. Based on this assumption, calculations were performed binding hydrogen atoms to the TMDs chalcogenides. The results show a rich phenomenology in the transition description. The hydrogenation process causes the first layer of materials to undergo a transition and with a additional pressure the other layers undergo transitions by deformation.
Description: Programa de Pós-Graduação em Ciências – Física de Materiais. Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11765
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 09/10/2019 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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