Estructura electrónica del grafeno con adsorbatos de flúor: efectos del orden de fluoración y dopaje electrónico.
Se estudio la estructura electrónica del grafeno con adsorbatos de flúor en diferentes concentraciones, usando cálculos de primeros principios y analizando estos con modelos de campo medio o modelos sin interacciones. Este estudio se divide en dos partes. En la primera parte se estudió al canal...
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Publicado: |
2018
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Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/739/1/Guzm%C3%A1n_Arellano.pdf |
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Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) |
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Materia condensada Diffusion Difusión Graphene Grafeno [Fluorinated graphene Grafeno fluorado Density functional theory Teoría de la funcional densidad Wannier functions Ajuste de wannier Adsorbates Adsorbatos Spin-orbit coupling Acoplamiento espín-órbita] Guzmán Arellano, Robert M. Estructura electrónica del grafeno con adsorbatos de flúor: efectos del orden de fluoración y dopaje electrónico. |
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Materia condensada Diffusion Difusión Graphene Grafeno [Fluorinated graphene Grafeno fluorado Density functional theory Teoría de la funcional densidad Wannier functions Ajuste de wannier Adsorbates Adsorbatos Spin-orbit coupling Acoplamiento espín-órbita] |
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Se estudio la estructura electrónica del grafeno con adsorbatos de
flúor en diferentes
concentraciones, usando cálculos de primeros principios y analizando estos con modelos
de campo medio o modelos sin interacciones. Este estudio se divide en dos partes.
En la primera parte se estudió al canal de grafeno en medio de grafeno totalmente
fluorado, con el fin de determinar las similitudes y las diferencias entre los canales de
grafeno y las nano cintas de grafeno zigzag, dado que la estructura cristalina de estos es
similar. Los resultados muestran que las propiedades del canal de grafeno dependen del
grado de
fluoración de sus bordes zigzag, siendo semiconductor y antiferromagnético
cuando los bordes están
fluorados al 100 %, y siendo semiconductor o metálico -según
el ancho del canal- y ferromagnético cuando uno de sus bordes está
fluorado al 50 %.
Sus estados cercanos al nivel de Fermi concentran casi todo su peso en el canal de
grafeno, penetrando de forma evanescente las regiones de grafeno totalmente
fluorado.
Esta estructura electrónica se ajustó con el modelo de Hubbard, mostrando que sus
propiedades dependen de sus estados de borde, los cuales son similares a los estados
de borde de las cintas de grafeno zigzag o Klein; aunque estos son menos localizados
que los de las cintas de grafeno zigzag.
En la segunda parte se estudió el enlace y la barrera de difusión del
fluor sobre el
grafeno, en concentraciones diluidas de
fluor para diferentes dopajes electrónicos. El
enlace del
fluor es covalente en el caso neutro, y este se incrementa con la reducción
del dopaje electrónico, lo que incrementa la barrera de difusión del
fluor. Por otra
parte, en altos dopajes electrónicos, el exceso de carga electrónica se concentra sobre
el
fluor reduciendo su enlace con el grafeno, llegando este a ser del tipo carga-imagen
lo que disminuye su barrera de difusión. Por otra parte, los estados con peso en el
fluor se acercan más al nivel de Fermi cuando mayor es el dopaje electrónico, y esto
incrementa el acoplamiento espín órbita (SOC) del sistema mucho más que las deformaciones
estructurales del grafeno, dado que el SOC del
fluor induce un SOC efectivo
entre los portadores del grafeno. Los resultados indican que la difusión del
fluor puede
incrementarse en temperaturas y dopajes electrónicos alcanzables experimentalmente,
y que la relajación de espín puede controlarse con el dopaje electrónico, en altas o bajas
concentraciones de
fluor sobre el grafeno. |
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I25-R131-7392018-12-17T17:36:13Z Estructura electrónica del grafeno con adsorbatos de flúor: efectos del orden de fluoración y dopaje electrónico. Electronic structure of fluorinated graphene: effects of the order of fluorination and electronic doping. Guzmán Arellano, Robert M. Materia condensada Diffusion Difusión Graphene Grafeno [Fluorinated graphene Grafeno fluorado Density functional theory Teoría de la funcional densidad Wannier functions Ajuste de wannier Adsorbates Adsorbatos Spin-orbit coupling Acoplamiento espín-órbita] Se estudio la estructura electrónica del grafeno con adsorbatos de flúor en diferentes concentraciones, usando cálculos de primeros principios y analizando estos con modelos de campo medio o modelos sin interacciones. Este estudio se divide en dos partes. En la primera parte se estudió al canal de grafeno en medio de grafeno totalmente fluorado, con el fin de determinar las similitudes y las diferencias entre los canales de grafeno y las nano cintas de grafeno zigzag, dado que la estructura cristalina de estos es similar. Los resultados muestran que las propiedades del canal de grafeno dependen del grado de fluoración de sus bordes zigzag, siendo semiconductor y antiferromagnético cuando los bordes están fluorados al 100 %, y siendo semiconductor o metálico -según el ancho del canal- y ferromagnético cuando uno de sus bordes está fluorado al 50 %. Sus estados cercanos al nivel de Fermi concentran casi todo su peso en el canal de grafeno, penetrando de forma evanescente las regiones de grafeno totalmente fluorado. Esta estructura electrónica se ajustó con el modelo de Hubbard, mostrando que sus propiedades dependen de sus estados de borde, los cuales son similares a los estados de borde de las cintas de grafeno zigzag o Klein; aunque estos son menos localizados que los de las cintas de grafeno zigzag. En la segunda parte se estudió el enlace y la barrera de difusión del fluor sobre el grafeno, en concentraciones diluidas de fluor para diferentes dopajes electrónicos. El enlace del fluor es covalente en el caso neutro, y este se incrementa con la reducción del dopaje electrónico, lo que incrementa la barrera de difusión del fluor. Por otra parte, en altos dopajes electrónicos, el exceso de carga electrónica se concentra sobre el fluor reduciendo su enlace con el grafeno, llegando este a ser del tipo carga-imagen lo que disminuye su barrera de difusión. Por otra parte, los estados con peso en el fluor se acercan más al nivel de Fermi cuando mayor es el dopaje electrónico, y esto incrementa el acoplamiento espín órbita (SOC) del sistema mucho más que las deformaciones estructurales del grafeno, dado que el SOC del fluor induce un SOC efectivo entre los portadores del grafeno. Los resultados indican que la difusión del fluor puede incrementarse en temperaturas y dopajes electrónicos alcanzables experimentalmente, y que la relajación de espín puede controlarse con el dopaje electrónico, en altas o bajas concentraciones de fluor sobre el grafeno. We studied the electronic structure of graphene with fluorine adatoms. We used first principles calculations and their results were analyzed with mean-eld models (Hartree- Fock) or models that ignores interactions (tight-binding). The study has been divided into two parts. In the rst part we studied a graphene channel patterned on fully fluorinated graphene, in order to determine the similarities and differences between them and graphene nanoribbons, where both have similar crystalline structure. The results show that the graphene channel properties depend on the degree of fluorination at the channel edges, being semiconductor and antiferromagnetic when the edges are fluorinated at 100 %, and being semiconductor or metallic -according to the width of the channel- and ferromagnetic when one of its edges is uorinated at 50 %. The states near the Fermi Level have almost all their weight on the graphene channel and these penetrate evanescently on the fully fluorinated graphene regions. This electronic structure was adjusted with the Hubbard model, showing that its properties depend on its edge states, which are similar to the edge states of zigzag or Klein graphene nanoribbons; although these are less localized than those of graphene zigzag nanoribbons. In the second part, we studied the bond and the diffusion barrier of fluorine adatom on graphene, on diluted concentrations and for different electronic dopings. The graphene- fluorine bond is covalent when the system is neutral, and this bond increases (reduces) with the reduction (increase) of the electronic doping, which increases (reduces) the diffusion barrier of fluorine adatom. Specially, for high electronic doping, charge is concentrated dominantly on the fluorine adatom and the graphene- fluorine bond is of a charge-image type. On other hand, the states with weight at the fluorine adatom are closer to the Fermi level when the electronic doping increases, and this increases the spin-orbit coupling (SOC) of the system much more than the structural deformations of graphene because the SOC of fluorine adatoms induces an effective SOC to the graphene carriers. The results suggest that the diffusion of fluorine adatoms can be increased at available experimental electronic doping at room temperature. In adition, the results suggest that the spin relaxation can be controlled with electronic doping, at high or low concentrations of fluorine adatoms on graphene. 2018-02-08 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/739/1/Guzm%C3%A1n_Arellano.pdf es Guzmán Arellano, Robert M. (2018) Estructura electrónica del grafeno con adsorbatos de flúor: efectos del orden de fluoración y dopaje electrónico. / Electronic structure of fluorinated graphene: effects of the order of fluorination and electronic doping. Tesis Doctoral en Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/739/ |