ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E ELETRÔNICAS DE MONOCAMADAS BCN COM VÁRIOS NÍVEIS DE DESORDEM POSICIONAL SOB EFEITO DE UMA TENSÃO UNIAXIAL

Abstract

RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo estudar o efeito da desordem posicional nas propriedades mecânicas e eletrônicas de nanoestruturas híbridas, formadas por grafeno e nitreto de boro, chamadas estruturas BCN. Para tal, utilizou-se uma abordagem de primeiros princípios, via Teoria do Funcional da Densidade (DFT - density functional theory), implementado no programa SIESTA. Foram selecionadas sete estruturas BCN em ordem crescente de energia (aumento de desordem posicional, ou seja, aumento da energia da camada) para realizar tal estudo, as quais foram obtidas via método de Monte Carlo. Aplicou-se strain em cada uma delas até levá-las à fratura. Desse modo, analisaram-se os valores do strain de ruptura de cada estrutura, stress máximo suportado pelas estruturas, constantes elásticas, dentre outras grandezas de interesse. Como resultado, observou-se que o aumento da desordem posicional dos átomos é fator preponderante para o rompimento prematuro, uma vez que o aumento da desordem ocasiona fratura para valores cada vez menores de strain, bem como a diminuição do stress máximo suportado. Em contrapartida, a constante elástica não sofreu alteração significativa de valores, mostrando que a desordem posicional dos átomos na estrutura não é relevante para tal. Para as propriedades eletrônicas sob strain, observou-se uma estabilidade nos valores do gap até a fratura, ocorrendo o seu fechamento após a fratura. ABSTRACT: This work aims to study the effect of the positional disorder on the mechanical properties of hybrid nanostructures, composed by graphene and boron-nitride, called BCN structures. It was utilized first-principles calculations based on Density Functional Theory (DFT), implemented on the SIESTA code. It was chosen seven BCN structures in order of increasing energy (increasing in positional disorder), obteined from Monte Carlo method. It was applied one-dimensional strain in each sample until the fracture. Furthermore, it was analised the fracture strain for each structure, the maximum stress supported, elastics constants and other quantities. As result, it was observed that the increasing of positional disorder of atoms is significant to the fracture, since the increasing of disorder decreases the values of frature strain, as well the decreasing of maximum stress supported. On the other hand, the behavior of elastics constants did not have a significative dependence, which suggests that the positional disorder is not relevant in that case. For the electronic properties, it was observed a stability in the values of the gap under strain until the fracture. After fracture, the gap goes to zero to all studied structures.