Apresentação - EFCO

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Adsorção de Potássio em Grafeno Bicamada Jorge Hulk UFMT UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO INSTITUTO DE FÍSICA PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM FÍSICA

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Apresentação do II EFCO em Brasília - DF

Transcript of Apresentação - EFCO

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada

    Jorge HulkUFMT

    UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSOINSTITUTO DE FSICA

    PROGRAMA DE PS GRADUAO EM FSICA

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Introduo

    O que o grafeno? Rede hexagonal de tomos de

    carbono.

    Carbono- O que o carbono possui de especial e

    diferente?

    3 estados de hibridizao. Possibilita a formao de estruturas

    complexas.

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Introduo

    Obteno- A. Geim e K. Novoselov (2004)

    Fita durex para clivar o grafite. No microscpio tico, podemos

    observar uma mancha que corresponde a uma nica camada de tomos de carbono.

    Propriedades

    Carbono abundante. Sntese potencialmente barata. Material mais fino jamais

    sintetizado Extremamente impermevel

    Mecnicas : material mais rgido Trmicas: maior condutividade

    trmica Eltricas: semicondutor de gap

    nulo.

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Introduo

    Rede Cristalina

    Clula unitria (losango) formada por 2 tomos de carbono, identificados por

    A e B.- A estrutura do grafeno pode ser vista como

    uma rede triangular com uma base de 2 tomos por clula unitria.

    Rede Recproca

    - A primeira zona de Brillouin representada pela parte hachurada e nela so mostradas os pontos de alta simetria , M, K e K

    Clula unitria1 Zona de Brillouin

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Introduo

    Disperso dos eltrons no grafeno

    Nvel de Fermi

    Banda de Conduo

    Banda de Valncia

    KKPontos de

    Dirac

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Fundamentos tericos

    Monocamada do Grafeno- O Hamiltoniano do grafeno perto dos pontos k e k (pontos de Dirac)

    e Sub-rede A e B (eltron)e Sub-rede A e B

    (buraco)Frmions de Dirac.

    Onde, a velocidade de Fermi (300 vezes menor que c)

    KK

  • Bicamada do Grafeno

    A relao de disperso no mais linear. Energia depende do quadrado de k. Banda de valncia e banda de conduo se tocam: semicondutor de gap nulo.

    Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Fundamentos tericos

  • Abertura e Controle do gap: Adsoro do Potssio

    - Adio de Potssio sobre as folhas do grafeno acrescenta um novo termo no hamiltoniano.- Efeito semelhante a aplicao de um campo eltrico perpendicular.

    Bicamada com Potssio

    Onde o ngulo de fase do eltron no ponto k e p momento.

    - A incluso do potssio na rede tem o mesmo efeito

    da aplicao de um campo eltrico externo perpendicular

    Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Fundamentos tericos

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Clculos DFT

    Aproximao de Densidade Local (LDA)

    Aproximao mais simples. A aproximao LDA consiste em olhar

    localmente a densidade e usar a expresso do funcional de , para o gs de eltrons homogneo.

    Onde representa a energia de troca-correlao por partculas de um gs de eltrons com densidade uniforme.

    - Essa aproximao funciona bem para sistemas cujas densidades eletrnicas no variam rapidamente dentro de uma regio

    Aproximao de Gradiente Generalizada (GGA)

    Para os casos onde a densidade varia no espao de forma menos suave (sistemas no-homogneos) , a expressa em termos do gradiente da densidade de carga total.

    Neste caso a forma funcional de depender no s da , mas do mdulo do gradiente . o que tornam os funcionais mais complexos, porm mais precisos.

    espera-se melhor descrio de sistemas no-homogneos.

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Clculos DFT

    Porque Pseudopotenciais?

    Os eltrons de valncia so os mais relevantes para os slidos

    Leva em conta a blindagem dos eltrons de caroo em relao ao eltron de valncia

    Os eltrons de caroo permanecem congelados na maioria dos proces- sos envolvendo propriedades de estado slido

    No preciso lidar explicitamente com eltrons de caroo, descon- sidera-se os clculos de suas funes de onda

    A soluo do Pseudopotencial uma pseudofuno de onda.

    - Eltrons de valncia: funes de onda com oscilaes rpidas na regio do caroo- Necessidade de definir pseudofuno de onda com comportamento suave til m clculo com ondas planas.

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Clculos DFT

    Energia de Corte Eltron em um potencial peridico ( Teorema de Bloch):

    Em princpio precisaramos de um nmero infinito de ondas planas para expandir a funo de onda.

    Na prtica os coeficientes menos importantes, so os com maior energia cintica e mais importantes os com menor energia cintica.

    Definimos ento Energy Cutoff:Truncar a base, tornando-a finita

    Testes de convergncia para a energia de corte.

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Resultados

    Bandas de Energia

    Empilhamento AB (Bernal)

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Resultados

    Parmetro de rede aumentado em 50% Acrscimo de 9/4 nmero de carbonos Variao de 1,5a no parmetro de rede, pontos de alta simetria reconfigurados. Centro da zona de Brillouin em K . Gap da ordem de 0,2582eV , encontrado em (ponto de Dirac) Diminuio do gap.

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Resultados

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Resultados

    - Comparao Modelos Tight Binding e mtodos Ab initio KC64 ( esquerda) KC36 ( direita) Linhas Azuis (DFT) Linhas vermelhas (Tight Binding) [1]

    - Gap obtidos pelos clculos DFT para KC16,KC36 e KC64 Diminuio do gap de energia em relao a concentrao de potssio

    - Grfico do gap de energia em funo da concentrao de potssio [1]

    [1] Gap opening by asymmetric doping in graphene bilayers - MG Menezes, RB Capaz, JLB Faria, Physical Review B 82 (24), 245414

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Resultados

    Padro de Moire formado pela sobreposio das folhas de grafeno formam dois stios distntos

    Estudando os casos extremos pode-se obter o ponto na rede mais sucetvel a adsoro do Potssio.

    Foram calculados os valores de energia do estado fundamental das congura- es do GBC tipo AA e AB

    Empilhamento ABEmpilhamento AA

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Resultados

    Caso : Potssio ter maior anidade qumica com os stios AB

    EAB < EAA, porm EGBC(AB) > EGBC(AA), e sendo:

    Ento o stio AA prefervel para a adsoro do potssio.

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Resultados

    Empilhamento AB

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Resultados

    Empilhamento AA

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Agradecimentos

  • Adsoro de Potssio em Grafeno Bicamada Agradecimentos

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    OBRIGADO !!!