Study of dynamical evolution of cooper and gold

Orientador: Edison Zacarias da SilvaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Nanofios metálicos são objetos de estudo há pelo menos quinze anos e o interesse nestes novos materiais tem aumentado continuamente devido à possibilidade de utilizá-los como contatos metálicos em nanodispositivos eletrônicos. Por exemplo, entre duas pontas de nanofios ultrafinos, é possível inserir pequenas estruturas, tais como fulerenos ou moléculas orgânicas, podendo ser utilizados como dispositivos. A produção e a evolução de nanofios metálicos têm sido investigadas experimentalmente com o uso de várias técnicas, sendo a microscopia de transmissão de alta resolução uma das mais importantes. Enquanto há vasta literatura sobre o ouro, poucos trabalhos foram feitos sobre o cobre, outro importante metal. Neste trabalho estudamos a evolução dinâmica de nanofios de cobre sob tensão nas direções cristalográficas [111], [110] e [100] de elongação até a ruptura. A fim de comparar alguns resultados do cobre com o ouro fizemos o mesmo estudo para o ouro nas direções [111] e [110], para evidenciar diferenças e similaridades entre esses dois metais. O método utilizado para este estudo é a dinâmica molecular Tight-Binding. Este método mostrou-se uma excelente ferramenta para estudar a evolução dinâmica de nano½os metálicos, porque é mais preciso do que métodos utilizando potenciais empíricos já que calcula a estrutura eletrônica a cada passo na simulação e computacionalmente, muito mais rápido do que métodos de primeiros princípios. Apresentamos a evolução temporal das estruturas, a formação dos defeitos estruturais, a formação das pontas, cadeias atômicas lineares e as forças sustentadas pelos nanofios. Observamos que as forças sustentadas pelos nanofios têm comportamento dente-de-serra e que os nanofios de cobre formam cadeias atômicas lineares muito menores do que as formadas no ouro. Constatamos também a existência de estruturas helicoidais e comparamos a geometria estrutural entre nossos nanofios e imagens de microscopia. Nossos resultados estão em boa concordância com resultados experimentaisAbstract: Metallic nanowires have been a subject of study for at least ½fteen years. The interest in these new materials is increasing continuously due to the possibility of using them as metallic contacts in electronic nanodevices. For example, between two tips of very thin nanowires, it is possible to insert small structures, such as carbon buckyballs or small organic molecules, with the possibility of use as devices. The production and evolution of metal nanowires have been investigated experimentally with many techniques, the high resolution transmission electron microscopy one of the most important. While gold has received a lot of attention, copper which is also an important metal has had few works devoted to it. In this work we study the dynamical evolution of copper nanowires under stress along the [111], [110] and [100] crystallographic directions of elongation until their ruptures. In order to compare some results between copper and gold, we have performed the same study for gold in the [111] and [110] directions, to elucidate diÿerences and similarities between these metals. The method used was the Tight-Binding Molecular Dynamics (TBMD). The TBMD calculations have been show to be an excellent tool to study evolution of gold nanowires. This method is more accurate than empirical potential methods since it explicitly solves for the electronic structure at each time step, and it is much faster than first principles method. We present the dynamical evolution of the structures, the formation of structural defects, tips, linear atomic chains and the forces sustained by the nanowires. We observed that the forces sustained by the nanowires have a sawtooth behavior and that the copper nanowires form linear atomic chains which are much smaller than the chains formed in gold nanowires. We observed also, helicoidal structures and compare the structural geometry between our nanowires and images obtained from microscopy. Our results are in good agreement with the experimental resultsMestradoFísica da Matéria CondensadaMestre em Físic