Programa de Pós-Graduação em Física
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA


Estudo de nanofios de metais nobres e de metais de transição puros e da liga binária de ouro e prata por primeiros princípios.


Tese completa em formato PDF.


Autor(a): Frederico Ramos Fioravante

Orientador: Ricardo Wagner Nunes - DF/UFMG

 

Banca Examinadora:

Ricardo Wagner Nunes (orientador), Física - UFMG
Mário Sergio Carvalho Mazzoni, Física - UFMG
Paulo Sérgio Soares Guimarães, Física - UFMG
Antônio José Roque da Silva, Instituto de Física - USP
Varlei Rodrigues, LNLS/UNICAMP



Resumo:

Neste trabalho, apresentamos resultados de cálculos de estrutura eletrônica para nanofios de metais de transição nobres (Au, Ag, Pt, Pd) e do meio das séries 4d e 5d da tabela periódica (W, Mo, Ta, Nb).

Os cálculos por primeiros princípios foram realizados utilizando-se o código computacional denominado SIESTA, que permite a solução numérica para os auto-estados eletrônicos dentro da Teoria do Funcional da Densidade. O funcional de troca e correlação utilizado foi o GGA. No SIESTA, as auto-funções de Kohn-Sham são expandidas em uma base de pseudoorbitais atômicos confinados e os coeficientes da expansão são obtidos diagonalizando-se a matriz secular. As interações entre os elétrons de valência e os "caroços" atômicos (núcleo mais elétrons das camadas internas) são descritas pela aproximação de pseudo-potencial. No segundo capítulo discutimos resumidamente a metodologia que utilizamos nos cálculos.

No terceiro capítulo estudamos o papel do efeito relativístico na estabilidade de fios zig-zags e lineares de metais nobres e de metais do meio de série. Observamos que o efeito relativístico tende a favorecer energeticamente estruturas de baixa coordenação nos metais nobres, sendo que este efeito é mais intenso nos metais 5d do que nos 4d. Isto se dá porque o número atômico Z maior faz com que o efeito relativístico agindo sobre os elétrons mais próximos ao núcleo seja mais forte do que nos 4d. No caso dos metais do meio da série o efeito relativístico é oposto ao observado nos metais nobres, ao desfavorecer energeticamente as estruturas de baixa coordenação.

No quarto capítulo estudamos fios ultrafinos de Au, Ag e da liga Au-Ag, com densidades lineares de átomos entre 0,7 e 1 átomos/. Propusemos uma nova estrutura para este regime de densidade, que além de ser mais estável do que as previamente estudadas, é semicondutora para ambos os metais e para a liga Au0,5-Ag0,5.

No quinto capítulo investigamos as propriedades eletrônicas e estruturais de nanofios e nanotubos metálicos de Au e Ag com densidades lineares de átomos entre 1,1 e 5,1 átomos/. Estudamos a estabilidade de nanofios e nanotubos com diversas estruturas em função das suas respectivas densidades. Observamos que o efeito relativístico leva à estabilização de nanofios de uma parede em relação a estruturas derivadas da rede fcc. Como este efeito é mais intenso no Au do que no Ag, os nanotubos no Au são estruturas, mais competitivas, energeticamente, do que no Ag. Neste trabalho, propusemos também uma deformação em tubos não quirais (2n, n) de Au e de Ag, onde ocorre o facetamento das paredes do tubo, sendo que esta estrutura facetada é mais estável que o tubo original. Calculamos a barreira de transição do nanotubo (10,5) para a estrutura facetada correspondente e verificamos que este tubo é instável à temperatura acima de 40K.


Tese completa em formato PDF.