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Análise de estruturas planares em THz baseadas em grafeno
(Universidade Federal do Pará, 2016-01-28) NASCIMENTO, Clerisson Monte do; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/0684541646225359
Neste trabalho são analisadas as propriedades de espalhamento de ondas eletromagnéticas no grafeno na faixa de frequências de THz, bem como dispositivos plasmônicos baseados em estruturas planares deste material na mesma faixa de frequências. O trabalho está apresentado na forma de agregação de quatro artigos científicos. O primeiro artigo faz uma análise numérica da propagação de ondas plasmônicas em elementos de grafeno submetidos à incidência de ondas em THz. A influência de fatores como geometria, potencial químico ângulo de incidência e polarização são analisados. O resultado deste artigo foi base para a proposta de dois dispositivos (artigos 2 e 3) baseados em superfícies seletivas de frequência (FSS) que operam na faixa de THz e compostos unicamente por elementos de grafeno e substrato dielétrico, sem a necessidade de inserção de outros metais. O primeiro dispositivo consiste em um filtro eletromagnético construído por um arranjo de anéis espessos de grafeno postos em ambos os lados de um substrato dielétrico. O segundo apresenta a proposta inédita de um dispositivo multifuncional baseado em grafeno que pode operar tanto como um filtro eletromagnético, dinamicamente ajustável, quanto como uma chave eletromagnética. Ambos os dispositivos operam baseados no efeito de Fano ressonância. O quarto artigo apresenta um método de análise de FSS baseada em teoria de grupos e que utiliza as componentes transversais e longitudinais da corrente induzida na estrutura. Este método permite prever maior informação acerca das propriedades do dispositivo, quando comparado a aproximações existentes que se baseiam somente as componentes longitudinais da corrente. Como aplicação deste método, é sugerido e analisado um arranjo periódico de elementos de grafeno.
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Análise de ressonâncias eletromagnéticas em estrutura periódica de discos de grafeno magnetizadosd na faixa de terahertz
(Universidade Federal do Pará, 2023-02-27) SILVA, Amanda Evangelista da; OLIVEIRA, Cristiano Braga de; http://lattes.cnpq.br/2012907724305086; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Desde seu isolamento em 2004, o grafeno tem se mostrado um material promissor, pois permite forte interação de portadores de carga com radiação terahertz (THz). Esta extensa interação com a luz se deve à excitação de polaritons de plasmon de superfície (SPPs) proporcionando assim diversas aplicações nas áreas de fotônica THz. Na presença de um campo magnético externo, a ressonância de cíclotron domina nos espectros THz. Neste trabalho analisamos vários modos de ressonância (dipolo, quadrupolo, hexapolo e os modos com simetria azimutal) que podem existir no disco de grafeno em um arranjo com células unitárias quadradas periódicas. Calculamos as ressonâncias com magnetização por campo magnético externo DC variando até 3T e as comparamos com o caso da mesma estrutura sem magnetização, onde observou-se que a presença do campo magnético resulta no desdobramento de alguns modos ressonantes. As características ressonantes são obtidas numericamente usando o software COMSOL Multiphysics em dois estudos distintos e complementares: o regime de cálculo de autofrequência referente aos modos naturais de ressonância e o de excitação por onda plana (plane wave) com incidência normal. As condições de contorno Floquet nos quatro lados das células unitárias são usadas para simular a estrutura periódica no plano do grafeno. O lado da célula unitária (ou seja, o período da matriz) usado no cálculo numérico é A = 9µm, o raio do disco de grafeno é D = 3µm. O problema da excitação de alguns modos por incidência de onda plana é discutido do ponto de vista da simetria circular que, para gerar os picos de ressonância neste regime, precisou ser quebrada através de um corte sutil no formato de fenda retangular de tamanho Lx = 10nm por Ly = 550nm, partindo axialmente da borda. O disco é modelado como elemento bidimensional, e isso fornece uma boa aproximação da espessura atômica de uma única camada desse material. A condutividade é modelada pelo modelo semi-clássico de Drude. A discussão das propriedades do ressonador é cumprida em termos de correntes no grafeno e campos eletromagnéticos fora do grafeno. As aplicações potenciais dos resultados obtidos são rotadores Faraday e Kerr, filtros controláveis e absorvedores para circuitos fotônicos THz
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Análise numérica de sensor de ressonância plasmônica de superfície baseado em grafeno na faixa de terahertz
(Universidade Federal do Pará, 2022-06-24) SILVA, Wêndria Cunha da; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647
Este trabalho propõe um sensor de índice de refração plasmônico em Terahertz baseado em Single-Layer Graphene operando como refratômetro na faixa de Terahertz. A configuração utilizada é Kretschmann, onde uma das variáveis que monitora a refletividade é o potencial químico. O sensor foi analisado através do método dos elementos finitos (FEM), utilizando o modelo baseado em estruturas bidimensionais. Foram calculadas as refletividades e as distribuições do campo magnético para diferentes parâmetros, tais como a espessura da amostra, frequência de operação, ângulo de incidência, variação do potência químico e da permissividade elétrica. Primeiramente foi feito um estudo para determinar a melhor frequência de operação, ângulo de incidência do sensor e espessura mínima que a amostra deveria possuir. Posteriormente comparou-se o modelo numérico com o analítico obtido através de duas literaturas. A partir dos resultados numéricos foram feitas análises paramétricas para verificar as variações na sensibilidade, largura a meia altura (FWHM) e resolução, todos parâmetros de qualidade do dispositivo. Os resultados numéricos são comparados com conceitos teóricos disponíveis na literatura e em trabalhos publicados recentemente.
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Circulador de 4 portas baseado em um ressonador elíptico de grafeno na região terahertz.
(Universidade Federal do Pará, 2020-01-20) OLIVEIRA, Thiago Lima de; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Um novo tipo de circulador de quatro portas baseado em grafeno para a faixa de frequência terahertz é proposto e analisado neste trabalho. O mesmo é constituído de dois guias de ondas paralelos acoplados lateralmente a um ressonador magnetizado em forma de elipse. A secção transversal dos componentes apresenta uma estrutura com três camadas consistindo de grafeno, dióxidos de sílica e silício. O ressonador de grafeno é magnetizado normalmente em seu plano por um campo magnético externo DC. O princípio físico do dispositivo é baseado na ressonância dipolar da cavidade ressonante de grafeno magnetizado. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, conseguimos analisar as matrizes de espalhamento das componentes de simetria do dispositivo. Além disso, foi usada a Teoria de Modos Acoplados Temporal, com o intuito de analisar analiticamente as características do dispositivo. Investigou-se a influência de diferentes parâmetros sobre as características do circulador através do software Comsol Multiphysics. Simulações numéricas demonstram o isolamento das portas 3 e 4 em torno de -32,6 dB e -16,2 dB, perdas de inserção em torno de -2,5 dB, reflexão em torno de -20,3 dB e 5,7% de largura de banda com a frequência central de 5,03 THz. O campo magnético DC de polarização aplicado é de 0,8 T. A frequência central do circulador pode ser controlada pela mudança na energia de Fermi do grafeno. Por fim, foi feito uma comparação entre o modelo numérico e analítico do dispositivo, através das ferramentas citadas.
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Circuladores de grafeno de banda ultralarga para região THz
(Universidade Federal do Pará, 2019-06-07) SILVA, Samara Leandro Matos da; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Componentes não recíprocos são partes indispensáveis de muitos sistemas de micro-ondas e ópticos. No futuro, sistemas de comunicação THz também exigirá esses componentes. As publicações existentes mostram que a largura de banda dos circuladores baseados em grafeno na região THz pode ser de 10% a 20% com o uso de estruturas bastante complicadas. Os circuladores sugeridos são formados por uma junção de grafeno com padrão côncavo conectada aos guias de onda. O grafeno é suportado por camadas de SiO2/Si. O comportamento de circulação é baseado na não-simetria do tensor de condutividade do grafeno que aparece devido à magnetização por um campo magnético DC aplicado normalmente ao plano do grafeno. Discutimos os principais parâmetros que definem a largura de banda e sua influência na mesma. Os circuladores possuem largura de banda recorde que é duas vezes mais do que os publicados. Demonstramos que o circulador Y pode ter a largura de banda de 42% na faixa de frequência (2,75 ÷ 4,2) THz, com o isolamento melhor que −15 dB e as perdas de inserção maiores que −2 dB, proporcionadas pela polarização campo magnético DC 1,5 T e o potencial químico de 0,15 eV. Para os dois circuladores de 4 portas conseguimos uma largura de banda de 44% para os mesmos parâmetros físicos.
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Dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno na região de THz
(Universidade Federal do Pará, 2019-02-28) CASTRO, Wagner Ormanes Palheta; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Quatro novos tipos de dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno operando na região de Terahertz (THz) são sugeridos e analisados teoricamente neste trabalho, sendo dois circuladores de três portas com geometrias tipo Y e tipo W, e dois divisores de potência de quatro portas com diferentes geometrias. A seção transversal dos componentes apresenta uma estrutura com três camadas, compostas de grafeno, sílica (SiO2) e silício (Si), os planos das figuras desses componentes consistem de um ressonador circular de grafeno e guias de ondas conectados a ele. O ressonador de grafeno é magnetizado normalmente em seu plano por um campo magnético DC externo, e o princípio físico de funcionamento dos dispositivos é baseado na ressonância dipolar do ressonador. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, analisamos as matrizes de espalhamento dos componentes simétricos dos dispositivos. Além disso, para análise dos circuladores, a Teoria de Modos Acoplados Temporal também foi usada. Simulações numéricas foram realizadas por um programa computacional de onda completa e os cálculos demonstram níveis de isolamentos melhores que – 15 dB, tanto para os circuladores, como para os divisores de potência. O circulador tipo Y apresentou perdas de inserção em torno de - 2,6 dB, largura de banda de 7,4% na frequência central de 5,38 THz, enquanto que o circulador tipo W demostrou perdas de inserção de – 2 dB, largura de banda de 4,25% na frequência central de 7,5 THz; os campos magnéticos DC de polarização nos dois casos foram de 0,45 T e 0,56 T, respectivamente. Os divisores de potência demostraram que a divisão do sinal entre as duas portas de saída é de – 4,4 dB com banda de frequência de 4,5% e 3,4% e polarização magnética de 0,8 T. A influência de parâmetros geométricos e físicos sobre as características dos circuladores é discutida. As bandas de frequência dos dispositivos podem ser controladas dinamicamente alterando a tensão de polarização aplicada entre a camada de grafeno e o substrato.
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Espalhamento eletromagnético no grafeno através de transformadas de impedância
(Universidade Federal do Pará, 2019-02-22) PIRES, Andrey Viana; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647
Este trabalho apresenta uma análise alternativa do problema de espalhamento de uma folha de grafeno através da Transformada de Impedância. São demonstradas as funções Green, os campos eletromagnéticos e as propriedades da onda superficial plasmônica sobre o grafeno. Os resultados numéricos mostram as distribuições espaciais de campo e análise espectral da onda plasmônica em função das propriedades dos meios, frequência e potencial químico. Os resultados obtidos mostram que a transformada de impedância é adequada para análise de espalhamento em folhas de grafeno devido esta utilizar as autofunções naturais do problema.
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Estruturas photonic band gap em antena de microfita com aplicações em microondas e terahertz
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-16) OLIVEIRA, Jorge Everaldo de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho estamos analisando as simulações de duas antenas de microfita. A primeira é uma antena utiliza o material cerâmico Niobato de Bismuto (BiNbO4) dopado com Pentóxido de Vanádio (V2O5) no substrato. O patch da antena foi projetado com linha de alimentação indentada para facilitar o casamento de impedâncias e o substrato com furos de ar foi colocado apenas por baixo do patch para diminuir ainda mais as perdas. A segunda é uma nanoantena com Patch de Grafeno na faixa de Terahertaz e substrato PBG (Photonic Band Gap), com rede triangular, e furos nas seguintes configurações de altura h1, h2 e h3. Na altura h1 o substrato é perfurado totalmente, enquanto que nas alturas h2 os furos serão feitos de cima para baixo até a metade do substrato e a altura h3 é a antena com substrato perfurado de baixo para cima até a metade do substrato. Portanto são criadas três antenas nessas geometrias utilizando uma rede de furos triangular. A disposição dos furos no substrato dielétrico, constituem a estrutura PBG, para aumentar o desempenho e a eficiência dessas antenas, extinguindo ondas de superfície no substrato de antenas de microfita. A geometria adotada melhora ainda parâmetros das antenas como por exemplo a eficiência e a largura de banda. Os Softwares Comerciais HFSS e CST foram utilizados para as simulações das antenas. Após as etapas da simulação numérica foram obtidos os resultados dos parâmetros desses dispositivos. A primeira antena (rede periódica com substrato cerâmico) obteve perda de retorno de -36,21 dB, para uma frequência de ressonância de 10,26 GHz, com largura de banda de 2,18 GHz . Nas simulações das antenas de microfita com Patch de Grafeno a antena h3 obteve dupla banda de transmissão com potencial químico do grafeno de 0,3 eV.
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Filtro eletromagnético baseado em grafeno operando na região THz.
(Universidade Federal do Pará, 2024-04-04) SANTOS, Luis Eduardo de Sena dos; CASTRO, Wagner Ormanes Palheta; http://lattes.cnpq.br/4322608238580829; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Neste estudo, um filtro plasmônico compacto em nanoescala foi proposto e analisado numericamente. O filtro plasmônico é baseado em nanofitas de grafeno acopladas a um ressonador também de grafeno em forma de disco com cortes laterais horizontalmente e com inclinação de 45o, depositados sobre substrato dielétrico de sílica (SiO2) e silício 6 (Si), operando na região THz. Investigamos estruturas simples que permitem ajustar a frequência de ressonância do ressonador. Este trabalho fornece uma solução viável para estruturas de nano-filtros plasmônicos de grafeno para uso futuro em aplicações de dispositivos plasmônicos altamente integrados em regiões de THz e FIR.
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Modelagem por MOM de um dipolo de grafeno com múltiplos potenciais químicos
(Universidade Federal do Pará, 2023-10-27) JESUS, Luiz Eduardo Moreira de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647
Nesta dissertação, explorou-se o potencial do grafeno na faixa de frequência dos terahertz, especialmente sua capacidade de controlar o diagrama de radiação e a impedância de uma antena dipolo de grafeno, através da variação do potencial químico em múltiplos segmentos controláveis. Foram analisadas duas antenas dipolo, uma com quatro segmentos de grafeno e outra com seis segmentos de grafeno, onde cada segmento pode ter seu potencial químico controlado diretamente.O estudo utilizou o Método dos Momentos com valores de impedância superficial de grafeno para o calculo da impedância de entrada, ganho, distribuição superficial de corrente e diagrama de radiação. As variações dos potenciais químicos foram divididos em grupos simétricos e assimétricos, que permitem ajusta segunda ressonância e o ângulo de ganho máximo do diagrama de radiação, respectivamente. Comparado a antenas de quatro segmentos, a antena de seis segmentos apresentou um ganho no grupo das antenas simétricas com pouca variação na segunda ressonância. Além disso, o ganho das antenas de seis segmentos teve um notável aumento no ponto de maior desvio, mantendo o deslocamento angular praticamente constante. Esse estudo abre caminho para antenas de grafeno altamente ajustáveis e eficientes, com aplicações promissoras na tecnologia de comunicação e radiação. Trabalhos futuros podem explorar potenciais químicos variados, outras geometrias de antenas e técnicas de otimização na simulação.
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Projeto de um demultiplexador de cristal fotônico bidimensional baseado em grafeno para aplicação em sistemas por divisão de comprimento de onda (WDM).
(Universidade Federal do Pará, 2024-03-15) SILVA, Alan dos Reis; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho é apresentado um demultiplexador de oito canais de cristal fotônico 2D baseado em grafeno para aplicação em sistemas ópticos que utilizam a técnica de multiplexação por divisão de comprimento de onda - WDM. O dispositivo óptico foi projetado com base em uma rede cristalina quadrada de hastes dielétricas de sílicio imersas em ar e é formado por três partes principais: Guia de onda de barramento; Aneis ressonadores octagonais e guias de onda com curva em L. O Software COMSOL multiphysics e os pacotes python Legumes foram utilizados para o estudo e simulação da estrutura projetada. Na análise dos resultados da simulação foram avaliados o comprimento de onda ressonante, largura espectral, Fator de qualidade, Eficiência de transmissão, espaçamento entre canais e o nível de interferência eletromagnética (Crosstalk) para os oito canais do demultiplexador. Além disso, a análise dos resultados ocorreu para duas perspectivas distintas, na primeira delas analisou-se a relação entre os parâmetros de transmissão do demultiplexador com a variação do potencial químico do grafeno e na segunda explorou-se a aplicação do dispositivo em sistemas WDM. Em geral, as analises realizadas mostraram-se consideravéis quanto a aplicação do dispositivo fotônico em sistemas ópticos de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM).
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Sistema de automação IoT para gestão de ativos no cenário da indústria 4.0
(Universidade Federal do Pará, 2023-07-10) GOMES, Woldson Leonne Pereira; SERUFFO, Marcos César da Rocha; http://lattes.cnpq.br/3794198610723464; SILVEIRA, Antonio da Silva; http://lattes.cnpq.br/1828468407562753
A quarta revolução industrial possui diversos pilares, sendo Internet of Things e Big Data uns dos mais proeminentes. Essas tecnologias possibilitam a coleta e análise em tempo real de grandes conjuntos de dados, permitindo o desenvolvimento de modelos para as mais diversas situações, desde o comportamento do consumidor até a prevenção de falhas fabris. Nesse contexto, o presente trabalho aborda o desenvolvimento de uma arquitetura completa para a implementação de um sistema de automação para Indústria 4.0, a nível de hardware e software, baseado na coleta de dados de temperatura, horímetro, vibração e corrente em motores elétricos de uma indústria de alumínio primário. A partir das variáveis mensuradas, pode-se obter dados de vibração no domínio da frequência, desbalanceamento de fases e estimação com filtro de Kalman. Adotou-se um algoritmo de decisão multicritério para auxiliar na escolha para linguagem de programação. Após a elaboração dessa sistemática, obteve-se um conjunto de soluções que tornaram viável o desenvolvimento do sistema, o qual foi validado em um setup experimental controlado. O sistema de automação desenvolvido foi denominado IOTCORE, o qual realiza a coleta das variáveis em tempo real, com baixa latência, alto desempenho, e possibilita transmitir, armazenar e visualizar os dados em diversos supervisórios.
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Superfície seletiva de frequências inteligente baseada em grafeno
(Universidade Federal do Pará, 2019-09-02) PAIVA, Rodrigo Rodrigues; OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de; http://lattes.cnpq.br/4768904697900863
Neste trabalho, uma formulação baseada no método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) e na técnica exponencial matriz é desenvolvida para modelar folhas de grafeno de espessura infinitesimal. Esta formulação é validada através da reprodução numérica de problemas envolvendo superfícies seletivas de frequência (FSS) baseadas em grafeno, conhecidas na literatura. Dessa forma, propõe-se neste trabalho um dispositivo FSS de grafeno inteligente. Essa característica é obtida por meio de uma célula unitária formada por um anel de grafeno com uma folha de grafeno colocada em sua abertura. Através da regulação apropriada dos potenciais químicos dos elementos de grafeno, são obtidos dois modos de operação sintonizáveis em frequência: modos de rejeição single- ou dual-band. Quando o dispositivo opera em seu modo de rejeição dual-band, qualquer uma das bandas de rejeição pode ser deslocada individualmente no espectro de frequências. Além disso, ambas as bandas de rejeição também podem ser reconfiguradas simultaneamente. Com o dispositivo operando no modo de rejeição single-band, é possível, também, deslocar sua banda de rejeição no espectro de frequências.
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Theoretical study of plasmonically induced transparency effect in arrays of graphene-based double disk resonators
(Sociedade Brasileira de Micro-ondas e Optoeletrônica, 2019-03) PORTELA, Gianni Masaki Tanaka; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; OLIVEIRA, Cristiano Braga de; CASTRO, Wagner Ormanes Palheta
Neste trabalho, consideramos ressonadores em forma de disco acoplados separados por um substrato dielétrico fino que pode ser usado como filtros sintonizáveis por freqüência ou como interruptores eletromagnéticos na faixa de freqüência terahertz. Os dois discos são acoplados eletromagneticamente e ressoam com os modos de plasma dipolo. Utilizando uma abordagem baseada na Teoria do Modo Acoplado Temporal, mostramos como calcular analiticamente a resposta de freqüência de tais estruturas. Os resultados analíticos estão em boa concordância com aqueles obtidos de simulações computacionais baseadas no método dos elementos finitos.
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Transporte eletrônico em alótropos de carbono análogo ao grafeno
(Universidade Federal do Pará, 2018-04-20) SANTOS, Júlio César da Silva dos; SILVA JÚNIOR, Carlos Alberto Brito da; http://lattes.cnpq.br/5067093267673117; DEL NERO, Jordan; http://lattes.cnpq.br/5168545718455899
Materiais nanoestruturados à base de carbono tornaram-se de grande interesse para a comunidade científica devido às propriedades que estes materiais apresentam na área tecnológica. Entre as mais variadas estruturas derivadas do carbono, o grafeno, uma forma alotrópica do carbono que apresenta estrutura hexagonal bidimensional (2D) formada a partir da hibridação do carbono sp² tem grande destaque com propriedades elétricas, térmicas e ópticas que exibem grandes perspectivas para futuras aplicações tecnológicas. Recentemente, foi proposto teoricamente uma nova forma alotrópica do grafeno, formada por 5-6-7 anéis aromáticos de carbono. Este alótropo 2D com hibridação sp² é energeticamente comparável ao grafeno e mais favorável a outros alótropos de carbono. Neste trabalho, propomos duas estruturas híbridas ou heterojunções formadas por grafeno - phagrapheno - grafeno com bordas ziguezague na extremidade superior e inferior sem (zzG-zzPG-zzG) e com Hidrogênio (zzGNR-zzPGNR-zzGNR) acoplada a eletrodos de grafeno metálico com índices de Hamada (3,3). A heterojunção constituída por Hidrogênio nas extremidades formam nanofitas (ou nanoribbon, NR). Posteriormente, fizemos um estudo das propriedades eletrônicas das heterojunções sem os eletrodos e de transporte eletrônico dos dispositivos com e sem Hidrogênio. Para realizar os cálculos de propriedades eletrônicas e de transporte de elétrons, utilizamos a metodologia DFT e DFT-NEGF no formalismo Landauer-Büttiker, conforme implementado no código SIESTA/TRANSIESTA. Nossos resultados exibem comportamento de isolante topológico forte com gap indireto igual a 0,011eV para zzG-zzPG-zzG em V = 0V e semicondutor de gap indireto igual a 0,025eV para zzGNR-zzPGNR-zzGNR em V = 0V com transição de fase (isolante-metal) para Vmin = -0,5V. Assim, características variadas de dispositivos eletrônicos para as regiões de polarização direta (V > 0) e reversa (V < 0) nas heterojunções são sugeridas como: (i) zzG-zzPG-zzG para V > 0 exibe quatro regiões correspondendo a resistor (I), FET (II), NDR (III) e chaveador (IV) e para V < 0 exibe cinco regiões correspondendo a resistor (I), NDR (II), limitador-chaveador (III), NDR (IV) e limitador-chaveador (V). (ii) zzGNR-zzPGNR-zzGNR para V > 0 exibe característica de FET e para V < 0 exibe uma NDR com comportamento de diodo túnel.
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Transporte eletrônico em nanofitas de grafeno sob a influência de fatores externos, via primeiros princípios
(Universidade Federal do Pará, 2012) NASCIMENTO, Clerisson Monte do; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/0684541646225359
O grafeno é a primeira estrutura bidimensional que se obteve experimentalmente. Sua rede cristalina é uma rede hexagonal, conhecida como "Favo de Mel", possui apenas um átomo de espessura. Cortes em folhas de grafeno, privilegiando determinada direção, geram as chamadas nanofitas de grafeno. Embora o grafeno se comporte como um metal, é sabido que as nanofitas podem apresentar comportamentos semicondutor, metálico ou semimetálico, dependendo da direção de corte e/ou largura da fita. No caso de nanofitas semicondutoras, a largura da banda proibida (band gap), entre outros fatores, depende da largura da nanofita. Neste trabalho adotou-se métodos de primeiros princípios como o DFT (Density Functional Theory), afim de se obter as características tais como curvas de dispersão para nanofitas. Neste trabalho, primeiramente, são apresentados diagramas de bandas de energia e curvas de densidade de estados para nanofitas de grafeno semicondutoras, de diferentes larguras, e na ausência de influências externas. Utilizou-se métodos de primeiros princípios para a obtenção destas curvas e o método das funções de Green do Não Equilíbrio para o transporte eletrônico. Posteriormente foi investigado a influência da hidrogenização, temperatura e tensão mecânica sobre sistema, isso além, de se estudar o comportamento de transporte eletrônico com e sem influência destes fatores externos. Vale ressaltar que as nanofitas de grafeno apresentam possibilidades reais de aplicação em nanodispositivos eletrônicos, a exemplo de nanodiodos e nanotransistores. Por esse motivo, é importante se ter o entendimento de como os fatores externos alteram as propriedades de tal material, pois assim, espera-se que as propriedades de dispositivos eletrônicos também sejam influenciadas da mesma maneira que as nanofitas.
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Transporte eletrônico em um alótropo de grafeno nanofitas de bifenileno com bordas hidrogenadas
(Universidade Federal do Pará, 2024-11-06) SOUZA, Lucas Pessoa de; DEL NERO, Jordan; http://lattes.cnpq.br/5168545718455899
Materiais nanoestruturados à base de carbono despertaram um considerável interesse na comunidade científica devido às suas notáveis propriedades tecnológicas. Dentre as diversas estruturas de carbono, o grafeno se destaca como uma forma alotrópica com uma estrutura hexagonal bidimensional (2D), resultante da hibridação sp² do carbono. Neste trabalho, investigamos as propriedades eletrônicas de estruturas baseadas em uma forma alotrópica 2D do carbono, composta por anéis de 4, 6 e 8, denominado Bifenileno. A pesquisa utilizou a hidrogenação do topo de nanofolhas de Bifenileno, com o objetivo de explorar aplicações em eletrônica molecular. Para isso, empregamos a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para a otimização das estruturas, e combinamos a DFT com o método de Funções de Green Fora do Equilíbrio para a obtenção das propriedades eletrônicas de transporte. Os resultados da estrutura de banda indicam que, entre as células unitárias analisadas, a célula de Bifenileno se comporta como um material condutor quando analisado na direção zigue-zague, enquanto na direção archmair apresentam características de semicondutores. No que se refere às propriedades de transporte eletrônico, o nanodispositivo de Bifenileno demonstra comportamentos semelhantes aos de um transistor de efeito de campo no intervalo estudado. Especificamente, o dispositivo zzBFNRH-O que exibe características de transistor de efeito de campo no intervalo de 0,00 V a 0,07 V o mesmo comportamento podemos observar para o dispositivo zzBFNRH-H que apresenta comportamento de um transistor de efeito de campo para intervalos de 0.00V a 0.50V. Podemos observar o comportamento do dispositivo archBFNRH-O onde indica o comportamento de um metal, apresentando valores de condução de corrente após 0.10V. Já o dispositivo archBFNRH-H apresenta um comportamento de um semicondutor onde indica um gap 1.8eV, podemos observar que ao aumentar largura do dispositivo este gap diminui. Esses resultados demonstram que estruturas baseadas em Bifenileno apresentam-se como uma promissora alternativa para o desenvolvimento de nanodispositivos e aplicações em eletrônica molecular.