Propriedades mec?nicas, eletr?nicas e estruturais de novos materiais 2D.

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.Nos ?ltimos anos, uma ampla gama de trabalhos experimentais e te?ricos em nanoestruturas bidimensionais (2D) proporcionou uma melhor compreens?o das formid?veis propriedades eletr?nicas, ?pticas e mec?nicas dessa classe emergente de materiais. No presente trabalho, modifica??es das propriedades eletr?nicas e estruturais das heteroestruturas grafeno/h-BN, diamondol e bonitrol induzidas por tens?o foram investigadas atrav?s de c?lculos ab initio. Utilizando o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade implementada no c?digo SIESTA [1], com o c?lculo da rela??o tens?o versus deforma??o em diferentes dire??es, verificamos que estes novos materiais possuem m?dulos de Young maiores que os do grafeno e do h-BN. Al?m disso, a deforma??o intr?nseca (?int) e a tens?o intr?nseca (?int) foram determinados a partir do valor m?ximo de ?. Descobrimos que as heteroestruturas de grafeno/h-BN possuem o maior ?int. O valor encontrado para a armchair (zigzag) foi de 52,4 N/m (52,6 N/m). Para o diamondol e o bonitrol, encontramos 42 N/m e 35 N/m na dire??o zigzag e 37 N/m e 32,5 N/m na dire??o armchair, respectivamente. Para heteroestruturas de grafeno/h-BN, temos uma for?a intr?nseca quase 65% maior que o grafeno na dire??o armchair e cerca de 17% maior na dire??o zigzag. Outra quest?o interessante diz respeito ?s mudan?as na estrutura de bandas eletr?nicas desses novos materiais. Descobrimos que ? poss?vel modular o gap de energia de apenas uma componente de spin no caso do diamondol, enquanto a outra componente de spin permanece quase inalterada. Para os outros novos materiais - bonitrol e heteroestruturas grafeno/h-BN - encontramos pequenas altera??es na estrutura eletr?nica, sem altera??es no comportamento condutivo. No entanto, ? poss?vel observar mudan?as nos n?veis de energia em suas faixas de condu??o. Estes efeitos podem ter uma forte influ?ncia nas modula??es de propriedades para aplica??es tecnol?gicas e ajudar a esclarecer a f?sica de novos materiais sob deforma??es mec?nicas.In recent years, a wide range of experimental and theoretical works in 2-dimensional (2D) nanostructures has provided a better understanding of the formidable electronic, optical and mechanical properties of this emerging class of materials. In the present work, modifications of the electronic and structural properties of graphene/h-BN heterostructures, diamondene and bonitrol [2?4] induced by stress were investigated via ab initio calculations. Using the formalism of the Density Functional Theory implemented in the SIESTA code [1], with the calculation of strain-stress relationship at different directions, we found that these novel materials have Young?s moduli greater than those of graphene and h-BN. In addition, intrinsic strain (?int) and intrinsic strength (?int) were determined from the maximum value of ?. We found that graphene/h-BN heterostructures has the largest ?int. The value found in the armchair (zigzag) was 52,4 N/m (52,6 N/m). For diamondol and bonitrol we found 42 N/m and 35 N/m in the zigzag direction and 37 N/m and 32,5 N/m in the armchair direction. For graphene/h-BN heterostructures we have an intrinsic strength of almost 65% larger than graphene in the armchair direction and 17% in the zigzag direction. Another interesting issue concerns changes in the electronic structure of these new materials. We found that it is possible to modulate the energy gap of only one spin component in the diamondol case, while the other spin component remains unchanged. For the other new materials - bonitrol and graphene/h-BN heterostructures - we found small changes in the electronic structure, without changes in the conductive behavior. However, it is possible to observe changes in the energy levels in their conduction bands. These effects may have a strong influence on property modulations for electronic device applications and help to shed light on the physics of novel materials under mechanical deformations