Estudo das propriedades eletrônicas de nanomateriais 2D na presença de defeitos estruturais

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2021.Após a descoberta do grafeno, materiais bidimensionais vem ganhando cada vez mais espaço no desen- volvimento de dispositivos optoeletrônicos, com o objetivo de produzir novas aplicações com boa relação custo-eficiência. Novos materiais com propriedades estruturais semelhantes ao grafeno, mas com bandgap não nulo, têm sido teoricamente e experimentalmente desenvolvidos a fim de se obter semicondutores que apresentam as extraordinárias propriedades mecânicas do grafeno. Neste trabalho, estudamos as proprie- dades eletrônicas e estruturais de materiais 2D no âmbito da Teoria do Funcional da Densidade (DFT, do inglês Density Functional Theory). Investigamos aqueles que possuem geometria semelhante ao grafeno — tais como um de seus novos alótropos, o Penta-Grafeno, monocamadas de Nitreto de Boro/Alumínio/Gálio e de monocamadas de dicalcogenetos de metais de transição, como o MoS2 — buscando entender, principal- mente, qual o impacto da presença de defeitos estruturais nas propriedades eletrônicas desses materiais. De forma geral, concluímos que esses materiais podem ter suas propriedades eletrônicas ajustadas mediante a presença de defeitos estruturais como dopagem substitucional e vacâncias. Heterojunções entre esses materiais, como ilhas de domínio, bicamadas e 59 monocamadas planares também foram estudadas. Os resultados obtidos sugerem que heterojunções compostas por esses materiais também podem ser utilizadas para controlar o bandgap do material composto.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).Since the conception of graphene, two-dimensional materials have been gaining more space in the develop- ment of optoelectronic devices, aiming to produce applications with good cost-efficiency compromise. New materials with structural properties similar to graphene, but with non-zero bandgap, have been theoretically and experimentally developed in order to obtain semiconductors that exhibit the extraordinary mechanical pro- perties of graphene. In this work, we studied the electronic and structural properties of 2D materials in the framework of Density Functional Theory (DFT). We investigated those with geometry similar to graphene — such as one of its new allotropes, the Penta-Graphene, monolayers of Boron/Aluminum/Gallium Nitride and monolayers of transition metal dichalcogenides, such as MoS2 — trying to understand, mainly, the impact of the presence of structural defects in the electronic properties of these materials. In general, we conclude that these materials can have their electronic properties adjusted by the presence of structural defects such as substitutional doping and vacancies. Heterojunctions between these materials, such as domain islands, bilayers and planar monolayers have also been studied. The obtained results suggest that heterojunctions composed of these materials can also be used to control the bandgap of the composite material