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dc.contributor.authorBracht, Jean Michel
dc.date.accessioned2024-07-17T23:01:07Z
dc.date.available2024-07-17T23:01:07Z
dc.date.issued2024-06-10
dc.identifier.citationBRACHT, Jean Michel. Dicalcogenetos de metais de transição em poucas camadas: o papel das espécies de calcogênio e suas propriedades não convencionais. 2024. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20075.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20075
dc.description.abstractTwo-dimensional (2D) Transition Metal Dichalcogenides (TMDs) constitute the most studied class of 2D materials after graphene, as they have a variety of applications already demonstrated in the laboratory, including sensors, nanoelectronics and catalysis. In this context, simulations based on Density Functional Theory (DFT) allow exploring different compositions and crystalline phases, searching for the most promising ones for specific applications. This doctoral thesis presents a systematic investigation of few-layer 2D TMDs with compositions MQ2, where M belongs to the groups 8 and 10 of the periodic table and Q=S, Se or Te. We investigate systems that vary between one and six in the number of layers. Our study focuses on elucidating the structural, energetic and electronic properties of these materials through DFT-based numerical simulations. The structures are optimized with the GGA-PBE semi-local exchange-correlation functional, where we included the D3 van de Waals correction on the forces and total energy. Furthermore, we incorporate corrections for the self-interaction error inherent in PBE through the HSE06 hybrid functional and spin-orbit coupling. Our investigation reveals significant variations in lattice parameters and exfoliation energies with changes in the number of layers, mostly influenced by chalcogen species. Compositions with transition metals within the same column of the periodic table exhibit similar lattice parameters for the same choice of chalcogens, making them suitable for constructing commensurable heterostructures. Furthermore, the decreasing electronegativity trend from S to Te results in stronger exfoliation energies due to lower surface charges, thus governing the structural and electronic characteristics of these materials. We delved deeper into the electronic properties, and found unusual features in other materials, such as (i) increases in band gap generated by spin-orbit coupling for certain compositions, (ii) emergence of polarization electric fields due to the breaking of point inversion symmetry, and (iii) semiconductor-to-metal transitions with the addition of just one or two sheets to the monolayer. The presence of sulfur on the surface results in greater variations in the work function (in relation to the Se and Te terminations) when the number of layers varies, allowing precise adjustment of the work function and electronic affinity with the number of layers and with the choice of transition metal species. These findings highlight the unique and versatile nature of TMDs from groups 8 and 10, motivating diverse applications in nanoelectronics and catalysis, where tuning properties with the number of layers can be leveraged for technological advances.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectDicalcogenetos de metais de transiçãopor
dc.subjectTeoria do funcional da densidadepor
dc.subjectPoucas camadaspor
dc.subjectCálculos de energia totalpor
dc.subjectPropriedades eletrônicaspor
dc.subjectFunção trabalhopor
dc.subjectAlinhamento de bandaspor
dc.subjectTransition metal dichalcogenideseng
dc.subjectDensity functional theoryeng
dc.subjectFew-layerseng
dc.subjectTotal energy calculationseng
dc.subjectElectronic propertieseng
dc.subjectWork functioneng
dc.subjectBand alignmenteng
dc.titleDicalcogenetos de metais de transição em poucas camadas: o papel das espécies de calcogênio e suas propriedades não convencionaispor
dc.title.alternativeFew-layer transition metal dichalcogenides: the role of chalcogen species and their unconventional propertieseng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Lima, Matheus Paes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1835846543912999por
dc.description.resumoOs Dicalcogenetos de Metais de Transição (TMDs) Bidimensionais (2D) constituem a classe de materiais 2D mais estudada depois do grafeno, por possuírem uma variedade de aplicações já demonstradas em laboratório, incluindo sensores, nanoeletrônica e catálise. Neste contexto, as simulações baseadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) permitem explorar diferentes composições e fases cristalinas, buscando aquelas mais promissoras para aplicações específicas. Esta tese de doutorado apresenta uma investigação sistemática de 2D TMDs com poucas camadas com composições MQ2, onde M pertence aos grupos 8 e 10 da tabela periódica e Q=S, Se ou Te. Investigamos sistemas que variam entre um e seis o número de camadas. Nosso estudo se concentra em elucidar as propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas desses materiais através de simulações numéricas baseadas em DFT. As estruturas são otimizadas com o funcional de troca e correlação semi-local GGA-PBE, onde incluímos a correção de van de Waals D3 nas forças e na energia total. Além disso, incorporamos correções para o erro de autointeração inerente ao PBE por meio do funcional híbrido HSE06 e do acoplamento spin-órbita. Nossa investigação revela variações significativas nos parâmetros de rede e nas energias de esfoliação com mudanças no número de camadas, as quais são influenciadas pelas espécies de calcogênio. Composições com metais de transição dentro da mesma coluna da tabela periódica exibem parâmetros de rede semelhantes para a mesma escolha de calcogênios, tornando-os adequados para a construção de heteroestruturas comensuráveis. Além disso, a tendência decrescente de eletronegatividade do S para o Te resulta em energias de esfoliação mais fortes devido a cargas superficiais menores, governando assim as características estruturais e eletrônicas desses materiais. Nos aprofundamos nas propriedades eletrônicas, e encontramos características incomuns em outros materiais, como (i) aumentos de band gap gerado pelo acoplamento spin-órbita para certas composições, (ii) surgimento de campos elétricos de polarização devido à quebra da simetria de inversão pontual, e (iii) transições semicondutor-metal com adição de apenas uma ou duas folhas à monocamada. A presença de enxofre na superfície resulta nas maiores variações da função trabalho (em relação à terminações de Se e Te) quando varia-se o número de camadas, permitindo o ajuste preciso da função trabalho e da afinidade eletrônica com o número de camadas e com a escolha das espécies de metais de transição. Essas descobertas ressaltam a natureza única e versátil dos TMDs dos grupos 8 e 10, motivando diversas aplicações em nanoeletrônica e catálise, onde o ajuste das propriedades com o número de camadas pode ser aproveitado para avanços tecnológicos.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA ATOMICA E MOLECULAR::ESTRUTURA ELETRONICA DE ATOMOS E MOLECULAS; TEORIApor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/0545565137193585por


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