ELECTRONIC PROPERTIES OF TWO-DIMENSIONAL AND ONE-DIMENSIONAL CARBON ALLOTROPES WITH NON-HEXAGONAL RINGS/ PROPRIEDADES ELETRÔNICAS DE ALÓTROPOS DE CARBONO UNIDIMENSIONAIS E BIDIMENSIONAIS COM AN´EIS NÃO-HEXAGONAIS

Abstract

RESUMO: O carbono é um dos elementos mais abundantes na natureza. As diferentes hibridizações possíveis para o carbono permitem que ele forme materiais distintos com uma variedade de dimensões, o que é uma característica fortemente relacionada às propriedades eletrônicas do átomo de carbono. Como as propriedades desses materiais `a base de carbono estão diretamente relacionadas às suas estruturas atômicas, é necessário um profundo entendimento da relação entre essas duas características. Portanto, isso tem motivado a investigação de muitos materiais bidimensionais (além do grafeno, que é um semicondutor de gap zero), tais como graphenylene, phagraphene, haecklites, etc. Logo, considerando a ideia de sistemas de carbono com hibridização sp2 e com uma unidade estrutural diferente da do grafeno, como o graphenylene por exemplo, propomos neste trabalho investigar um sistema bidimensional onde a unidade estrutural é um grupo naftil. De acordo com o modo como estas unidades de naftil estão dispostas na estrutura, podemos ter duas redes 2D diferentes. Nomeamos o primeiro sistema como naphthylene-α, e o segundo como naphthylene-β. Além de estudarmos esses sistemas bidimensionais, também investigamos as propriedades eletrôinicas de diferentes famílias de nanofitas que podem ser construídas a partir desses sistemas 2D. Todos os cálculos foram realizados utilizando a Teoria do Funcional da Densidade por meio do código SIESTA. Nossos estudos mostram que a maioria dos sistemas investigados apresenta um comportamento metálico, e os estados próximos ao nível de Fermi não são estados de borda como nas nanofitas de grafeno, mas são distribuídos ao longo de toda a estrutura. ABSTRACT: Carbon is one of the most abundant elements in nature. The different hybridizations allowed for carbon enable it to form distinct materials with a variety of dimensions, which is a feature strongly related to the electronic properties of the carbon materials. Since the properties of these carbon-based materials are directly related to their atomic structures, it is needed a deep understanding of the relationship between these two features. Therefore, such electronic features has motivated the investigation of many two-dimensional materials (beyond graphene, which is a zero gap semiconductor), such as graphenylene, phagraphene, haecklites, and others. Therefore, considering the idea of sp2 carbon systems with a structural unit different from that of graphene, such as graphenylene, we propose in this work a hypothetical 2D-system where the structural unit is a naphthyl group. According to the way these naphthyl units are arranged in the structure, we can build two different 2D-networks. We named the first one as naphthylene-α, and the second one as naphthylene-β. Besides performing calculations on these two-dimensional systems, we also proposed and investigated the electronic properties of different families of nanoribbons that can be constructed from these 2D-systems. All calculations were performed using Density Functional Theory as implemented in the SIESTA code. Our study shows that most of the investigated systems present a metallic behavior, and the states close to the Fermi level are not edge states as in graphene nanoribbons, but rather they are distributed over the internal regions of the structures.