Cálculos baseados na teoria do funcional da densidade da estrutura eletrônica de calcogenídeos nanoestruturados

Abstract

O estudo de sistemas de baixa dimensionalidade, tais como nanotubos de carbono, grafeno e pontos quânticos tem atraído grande interesse da comunidade científica nas últimas décadas. A popularidade do grafeno se deve às suas fascinantes propriedades, mas a falta de um "gap" (banda proibida) eletrônico estimulou a busca por materiais bidimensionais com características semicondutoras. Entre estes estão os dicalcogenídeos de metais de transição do tipo MX2, onde M é um metal de transição e X é um calcogênio (como S, Se ou Te). Particularmente, MoS2 é o material mais estudado desta família, devido à sua robustez. Estes exibem uma combinação única de espessura em escala atômica, "gap" direto e propriedades eletrônicas e mecânicas favoráveis, o que os torna interessantes em aplicações da spintrônica e opto-eletrônica. Neste estudo, realizamos cálculos baseados na teoria do funcional da densidade (DFT) para investigar a estrutura propriedades eletrônicas de dois compostos dicalcogenídeos, i.e., MoS2 e de MoSe2. Utilizamos para isso o código VASP (Viena Ab initio Simulation Package), onde consideramos a correção de van der Waals para o funcional de correlação e troca GGA-PBE. Os sistemas estudados contemplam os sólidos, monocamada e bicamada de MoS2 e de MoSe2, a junção entre o grafeno e a monocamada e a bicamada de MoS2 e MoSe2 e por fim 6 diferentes tamanhos de pontos quânticos (QDs) de MoS2 e MoSe2. Nestes últimos foi observado características da presença do confinamento quântico, característica essencial para que o material seja considerado nanoestruturado como QD.

Abstract: The study of low dimensionality systems such as carbon nanotubes, graphene and quantum dots has attracted great interest from the scientific community in recent decades. The popularity of graphene is due to its fascinating properties, but the lack of an electronic "gap" stimulated the search for two-dimensional materials with semiconductor characteristics. Among these are the MX-2 transition metal dicalcogenids, where M is a transition metal and X is a chalcogen (such as S, Se, or Te). In particular, MoS 2 is the most studied material of this family, due to its robustness. These exhibit a unique combination of atomicscale thickness, direct gap and favorable electronic and mechanical properties, which makes them interesting in spintronic and optoelectronic applications. In this study, we performed calculations based on density functional theory (DFT) to investigate the electronic properties structure of two di-chalcogenide compounds, i.e., MoS 2 and MoSe 2. We use the VASP code ( it Vienna Ab initio Simulation Package), where we consider the van der Waals correction for the GGA-PBE correlation and exchange function. The systems studied contemplate the solids, monolayer and bilayer of MoS2 and MoSe2, the junction between the graphene and the monolayer and the MoS 2 and MoSe bilayer 2 and finally 6 different sizes of quantum dots (QDs) of MoS 2 and MoSe 2. In the latter, characteristics of the presence of the quantum confinement were observed, an essential characteristic for the material to be considered nanostructured as QD.