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Título: Deformações estruturais dependentes da energia de Fermi em nanotubos de parede simples
Título em inglês: Deformações estruturais dependentes da energia de Fermi em nanotubos de parede simples
Autor(es): Vieira, Bruno Gondim de Melo
Orientador(es): Barros, Eduardo Bedê
Palavras-chave: Física da matéria condensada
Nanotecnologia
Nanotubos de carbono
Eletromecânica
Data do documento: 2014
Citação: VIEIRA, B. G. de M. (2014)
Resumo: Os nanotubos de carbono fazem parte de um conjunto de materiais nanométricos que geram grande interesse tanto na comunidade acadêmica quanto nas empresas do setor de tecnologia. Devido a sua estrutura única, os nanotubos de carbono estão entre os materiais mais duros e fortes já descobertos. Além disso, uma de suas características mais interessantes é o fato de muitas das suas propriedades mecânicas estarem relacionadas com suas propriedades eletrônicas, que, por sua vez, estão intimamente atreladas às características estruturais do material. Por esses motivos, tais materiais têm sido considerados promissores em aplicações como nanoatuadores. Neste trabalho, então, investigamos a atuação eletromecânica dos nanotubos de carbono de parede simples (SWNTs) por meio do método Tight-Binding estendido (ETB), seguindo o procedimento utilizado por Verçosa et al. [1]. A energia dos nanotubos é calculada assumindo que os elétrons populam as bandas de energia de acordo com a distribuição de Fermi-Dirac para uma dada energia de Fermi, que é o parâmetro que utilizamos para simular essa atuação eletromecânica. Foi verificado que a relaxação do estresse eletrônico gerado pela variação da energia de Fermi do nanotubo causa grandes alterações tanto na deformação torcional quanto nas deformações axial e radial para todos os tipos de SWNTs quirais, especialmente para os semicondutores. Essas deformações induzidas afetam diretamente a estrutura de bandas dos nanotubos, de modo que grandes variações nas energias de transição ótica foram observadas. Além disso, foi mostrado que todas as três deformações são de igual importância no processo de relaxação, tal que todas são igualmente responsáveis pelas mudanças nas energias de transição ótica. Assim, obteve-se deformações torcionais de até 1% para o nanotubo (8, 7), quando sua energia de Fermi é de aproximadamente 1eV, causando mudanças de aproximadamente 0, 4eV em suas energias de transição ótica.
Abstract: The carbon nanotubes belong to a group of nanometric materials that are of great interest both for the academic community and for the companies in the technology sector. Due to its unique structure, the carbon nanotubes are among the strongest and hardest materials ever discovered. Furthermore, one of its most interesting features is that many of their mechanical properties are related to their electronic properties, which, in turn, are closely linked to the structural characteristics of the material. For these reasons, these materials have been considered promising for applications as nanoactuators. Therefore, in this work, we investigate the electromechanical actuation of the single-wall carbon nanotubes (SWNTs) through the extended Tight-Binding method (ETB), following the procedure of Verçosa et al. [1]. The energy of the nanotubes is calculated assuming the electron population to follow the Fermi-Dirac distribution for a given Fermi-Energy, which is the parameter we used to simulate this electromechanical actuation. It was verified that the relaxation of the electronic stress generated by the nanotubes Fermi-Energy variation causes high alterations for both the torsional strain and the axial and radial strains for all types of chiral SWNTs, specially for the semiconduting ones. These induced strains directly affects the electronic band structure of the nanotubes, in such a way that great variations in the optical transition energies were observed. Furthermore, it was shown that all these three kinds of strain are of equal importance to the relaxation process, so that all of them are equally responsible for the changes in the optical transition energies. As a result, torsional strains of up to 1% were obtained for the (8,7) nanotube when its Fermi energy is about 1 eV, causing changes of 0,4 eV, approximately, to its optical transition energies.
Descrição: VIEIRA, B. G. de M. Deformações estruturais dependentes da energia de Fermi em nanotubos de paredes simples. 2014. 93 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Fortaleza, 2014.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/19947
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