Two-dimensional materials: electronic and structural properties of defective graphene and boron nitride from first principles

Utilizamos cálculos de primeiros princípios, baseados na teoria do funcional da densidade (DFT) para investigar propriedades estruturais e eletrônicas de materiais bidimensionais. No primeiro trabalho apresentamos um estudo de estabilidade e propriedades eletrônicas de diferentes defeitos unidimensionais estendidos em monocamadas de BN. Introduzimos um modelo estequiométrico de baixa energia formado na direção armchair, e que define uma fronteira de antifase nesse material. O segundo trabalho aborda a introdução de defeitos lineares em bi-camadas de grafeno, focando no grau de localização dos estados eletrônicos nos átomos que formam os defeitos. Instabilidades magnéticas e transições de metal para um semi-metal são observadas e discutidas. No terceiro trabalho utilizamos um modelo contínuo de baixas energias para estudar o espalhamento eletrônico em interfaces formadas entre mono e bi-camadas de grafeno. O quarto trabalho foi desenvolvido em colaboração com o grupo experimental da Universidade Nacional de Singapura. Filmes hibridos de grafeno e BN foram sintetizados com interfaces coerentes entre esses materiais. Utilizamos cálculos DFT para investigar a introdução de discordâncias no BN como um mecanismo de relaxação de strain da rede, permitindo a formação de filmes coerentes ao longo da interface. O quinto trabalho apresenta resultados preliminares de semicondutores bi-dimensionais formados por átomos do grupo dos calcogênios. Esse trabalho está em seus passos iniciais, e será focado no estudo das propriedades estruturais, ópticas e eletrônicas desses materiais.We use first principles calculations based on the formalism of Density Functional Theory (DFT) to investigate electronic and structural properties of graphene and boron nitride two-dimensional materials. In the first work, we present a study of stability and electronic properties of nine different models for extended one-dimensional (1D) defects in monolayer BN. A low-energy stoichiometric model for an armchair-direction antiphase boundary (APB) in monolayer BN is introduced. The second work investigates four different grain boundaries in bilayer graphene, aiming an understanding of the degree of localization of the electronic states in the atoms that compose the line defects. Interesting results like magnetic instabilities and changes from metallic to semi-metallic character of these systems are discussed. In the third work we study the low-energy electronic transport across stacking boundaries in graphene. The electron scattering by interfaces formed between regions of monolayer and bilayer graphene is investigated by a continuum approach. The fourth work was developed in collaboration with the experimental group of the National University of Singapore (NUS) which synthesized coherent interfaces between graphene and h-BN. We use DFT calculations to investigate the introduction of a core dislocation in the h-BN lattice as a mechanism of strain release in order to keep the continuity of the film along the interface. In the fifth work we present a recently started study of two-dimensional semiconductors monochalcogenides, focus on the electronic and optical properties of these materials