Structural, electronic and transport properties of nanoscaled systems

Band structure methods are applied in this work in order to study electronic and transport properties in nano-scaled systems. Density Functional Theory (DFT) has been employed in order to study the electronic properties of a hexagonal island of boron nitrite (hBN) embedded into graphene nanoribbons (GNRs) in both edge chiralities, zigzag and armchair. Furthermore, in our electronic calculation the spin contribution has been taken into account. The results regarding the non-doped systems revealed that a natural spin splitting is associated to the zigzag edged systems, while the armchair one is found to have a spin degenerated ground state. We also investigate the effects due carbon doping in the innermost ring of the h-BN cluster, where the C atom take the place either the Boron or Nitrogen atom. The doping lead to an even more polarized band structure, for energies nearby the Fermi level. The electronic transport properties have been studied applying the Landauer-B¨uttiker formalism, for all proposed systems, and the quantum conductance also exhibit a spin dependence. An application of the systems, as spin dependent molecular sensors is also considered. We have adsorbed different molecules onto electron rich/deficient devices and observed that the electronic conductance may be modulated by those adsorbed systems. Also, in order to verify the thermodynamic stability of the adsorbed systems we have performed Molecular Dynamics calculations under the Nos´e thermostat algorithm. In this thesis, we also have studied the electronic properties of the transition metal dichalcogenides (TMDCs) by means the Slater-Koster tight-binding method for the electronic structure. The electronic transport properties of molybdenum disulfide (MoS2) nanoribbons (MoS2-NR) is considered, and our results show that the edges of the ribbons play an important role in the conductance framework. Our results show that even a small defect due the lack of a MoS2 triplet in the edge is sufficient to lead to a strong suppression of the conductance over the system. Furthermore, interference effects due to defects suggest that MoS2-NR may be applied as nano-diodes.Métodos para cálculos de estrutura de banda são aplicados neste trabalho, a fim de estudar as propriedades eletrônicas e de transporte de sistemas em nanoescala. A teoria do funcional da densidade (DFT) foi empregada para estudar as propriedades eletrônicas de uma ilha hexagonal de nitreto de boro (h-BN) embutida em nanofitas de grafeno (GNRs), considerando ambas as quiralidades de bordas, zigzag e armchair. Além disso, a contribuição do spin foi levada em conta no nosso cálculo eletrônico. Os resultados referentes aos sistemas não dopados mostraram a existência de uma polarização de spin natural associado a sistemas de borda zigzag, enquanto os sistemas de borda armchair são encontrados com spin degenerados no estado fundamental. Nós também investigamos os efeitos devido a dopagem com carbono no anel mais interno de um cluster de h-BN, onde o átomo C toma o lugar de um átomo de Boro ou de um átomo de Nitrogênio. A dopagem conduz a uma estrutura de bandas ainda mais polarizada, para energias próximas ao nível de Fermi. As propriedades de transporte eletrônico foram estudadas aplicando o formalismo de Landauer-Büttiker, para todos os sistemas propostos, e a condutância quântica também apresenta uma dependência de spin. Uma aplicação dos sistemas, como sensores moleculares dependentes de spin também é considerada. Nós adsorvemos diferentes moléculas em dispositivos ricos/deficientes de elétrons e observamos que a condutância eletrônica pode ser modulada por esses sistemas moleculares. Além disso, a fim de verificar a estabilidade termodinâmica dos sistemas adsorvidos realizamos cálculos de dinâmica molecular sob o algoritmo de termostato proposto por Nosé. Nessa tese, nós também estudamos as propriedades eletrônicas dos metais de transição dicalgogenados (TMDCs) por meio do método tight-binding como proposto por Slater-Koster, aplicado a estrutura eletrônica. As propriedades de transporte eletrônico das nanofitas de dissulfeto de molibdênio (MoS2NRs) são consideradas, e os nossos resultados mostram que as bordas das fitas desempenham um papel importante no quadro da condutância. Os nossos resultados mostram que mesmo um pequeno defeito devido a falta de um trío de MoS2 na borda é suficiente para levar a uma forte supressão da condutância ao longo do sistema. Além disso, efeitos de interferência devido aos defeitos, sugerem que MoS2NRs podem ser aplicadas como nanodiodos