Estudo do espectro vibracional de nanotubos de carbono por simula??o de din?mica molecular.

Programa de P?s-Gradua??o em Ci?ncias ? F?sica de Materiais. Departamento de F?sica, Instituto de Ci?ncias Exatas e Biol?gicas, Universidade Federal de Ouro Preto.Neste trabalho realizamos simula??es de Din?mica Molecular para estudar o espectro vibracional dos nanotubos de carbono de parede simples. Foram utilizados dois potenciais emp?ricos: AIREBO e ReaxFF. Revisamos a literatura sobre as propriedades espectrais e vibracionais de nanotubos de carbono, bem como aplica??es de espectroscopia Raman. Al?m disso, apresentamos as principais caracter?sticas da t?cnica de simula??o computacional e dos potenciais emp?ricos utilizados. Finalmente, mostramos os resultados obtidos nas simula??es empregando diferentes condi??es de adsor??o de ?tomos de hidrog?nio aos nanotubos. Atrav?s das simula??es verificamos que se mais de 104 ?tomos de hidrog?nio forem absorvidos nos nanotubos, essas estruturas tornam-se mecanicamente inst?veis ? temperatura de 300 K. No entanto, a 100 K, os tubos s?o est?veis, mesmo que totalmente cobertos com ?tomos de hidrog?nio. Os espectros vibracionais dos nanotubos foram estudados por meio da investiga??o da banda-G. Os resultados obtidos com AIREBO, em compara??o com ReaxFF, s?o significativamente diferentes. Embora os resultados obtidos com AIREBO n?o mostrem nenhuma separa??o dos modos de vibra??o ?ptica transversais horizontais e verticais, o m?todo utilizando ReaxFF foi capaz de detectar tal efeito. Al?m disso, as simula??es indicaram que a absor??o de hidrog?nios nas laterais dos nanotubos de carbono causa deforma??es estruturais.In this work we performed Molecular Dynamics simulations to study the vibrational spectra of single-wall carbon nanotubes. Two empirical models were used, namely, AIREBO and ReaxFF. We have reviewed the literature about spectral and vibrational properties of carbon nanotubes as well as Raman spectroscopy applications. Also, we present the main characteristics of the computational simulation technique and the empirical potentials used. Finally, we show the results obtained in the simulations employing different conditions of adsorption of hydrogen atoms in the nanotubes. We find that if more than 104 hydrogen atoms are adsorbed in the tube these structures become mechanically unstable at temperature of 300 K. However, at 100 K, the tubes are stable even if completely covered with hydrogen. The vibrational spectra of the nanotubes was studied by investigating the G-band. The results obtained with AIREBO compared to ReaxFF are significantly different. While the results obtained with AIREBO show no separation of the horizontal and vertical transverse optical vibrational modes, the method using ReaxFF was able to detect such an effect. In addition, the simulations indicate that the absorption of hydrogen on the sides of the carbon nanotubes cause some structural deformations