Transporte eletrônico em alótropos de carbono análogo ao grafeno

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.