PROPRIEDADES ELETRÔNICAS E DE TRANSPORTE DE NANOFITAS DE GRAFENO COM RECONSTRUÇÕES NAS BORDAS

Abstract

RESUMO: Os materiais nanoestruturados à base de carbono têm mostrado grande potencial para substituír o silício na constante corrida em busca da miniaturização dos dispositivos eletrônicos. Neste tra-balho, foram feitas simulações computacionais para se determinar as propriedades eletrônicas e de transporte de nanofitas de grafeno com reconstruções 57, localizadas ou estendidas ao longo das bor-das. As simulações se basearam no método Tight Binding, onde utilizamos um termo de Hubbard que acrescenta ao Hamiltoniano do sistema as interações eletrônicas envolvendo o spin. O transporte eletrônico foi obtido por meio do formalismo de Landauer via funções de Green. Primeiramente, foram feitas análise em DFT que serviram para demostrar a eficiência da descrição TBU para estes sistemas grafíticos. Em seguida, observamos que as nanofitas analisadas apresentaram uma mudança no padrão das bandas de energia, provocada pela inserção das reconstruções quando comparadas aos sistemas sem reconstruções. Mostramos que diferentes configurações magnéticas, em nanofitas com distribuições locais de reconstruções, podem resultar em um comportamento tipo chave de corrente para estas estruturas. Mostramos ainda que o comportamento de chave do sistema é refente à confi-guração dos terminais e não devido às reconstruções. Entretanto, a inserção de reconstruções entre os terminais reduz drasticamente o custo energético para inverter a orientação ferromagnética de um terminal, com relação a outro (processo de ligar/desligar a chave). Também, observamos que este tipo de configuração atômica não se apresenta como um eficiente filtro de spin, pois não obtivemos uma relação direta entre o número de reconstruções e a eficiência do filtro. Além disso, estudamos 4 sistemas com reconstruções estendidas ao longo das bordas, sendo que um destes se comportou como um eficiente filtro de spin, com o valor de 94; 07%, que não é susceptível a pequenas variações de energia no entorno do nível de Fermi. Por fim, analisamos a LDOS desse sistema e constatamos que a distribuição espacial dos níveis de diferentes orientações de spin é um fator importante para tal efeito. ABSTRACT: Carbon base nanostructured materials have been shown to have large potential to replace silicon in the constant race for the miniaturization of electronic devices. In this work, computational calcu-lations were performed to determine the electronic and transport properties of graphene nanoribbons with 57 reconstructions in local or extended distributions along the edges. The simulations have been based on the Tight-Binding method, where we added a Hubbard term which includes in the Hamiltonian the interactions involving the spin. The electronic transport was studied by means of Green’s functions and Landauer Formalism. First, we conducted a DFT analysis which demonstrated the TBU efficiency in the description of these graphitic systems. In the following, we noticed that these nanoribbons show a change in the pattern of the energy bands caused by the insertion of re-constructions when compared to systems without reconstructions. We show that different magnetic configurations, in nanoribbons with a local distribution of reconstructions, can result in a current switch behavior for these structures. We still show that this behavior is due to the terminals configu-ration and not to the reconstructions. However, the insertion of reconstruction between the terminals dramatically reduces the energy cost of reversing the orientation of a ferromagnetic terminal, with respect to the other one (turning on/off the switch). Also, we observed that this kind of atomic con-figuration does not present an effective spin filter, for we did not obtain a direct relationship between the number of reconstructions and filter efficiency. Moreover, we studied 4 systems with an extended distribution of reconstructions along the edges, so that one of them acted as an efficient spin filter, with efficiency value of 94, 07%, which is not susceptible to small variations of energy around of the Fermi level. Finally, we analyzed the LDOS for this system and found out that the spatial distribution of the levels is an important aspect related to this effect.