dc.contributor.author | Bracht, Jean Michel | |
dc.date.accessioned | 2024-07-17T23:01:07Z | |
dc.date.available | 2024-07-17T23:01:07Z | |
dc.date.issued | 2024-06-10 | |
dc.identifier.citation | BRACHT, 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.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20075 | |
dc.description.abstract | Two-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.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Dicalcogenetos de metais de transição | por |
dc.subject | Teoria do funcional da densidade | por |
dc.subject | Poucas camadas | por |
dc.subject | Cálculos de energia total | por |
dc.subject | Propriedades eletrônicas | por |
dc.subject | Função trabalho | por |
dc.subject | Alinhamento de bandas | por |
dc.subject | Transition metal dichalcogenides | eng |
dc.subject | Density functional theory | eng |
dc.subject | Few-layers | eng |
dc.subject | Total energy calculations | eng |
dc.subject | Electronic properties | eng |
dc.subject | Work function | eng |
dc.subject | Band alignment | eng |
dc.title | Dicalcogenetos de metais de transição em poucas camadas: o papel das espécies de calcogênio e suas propriedades não convencionais | por |
dc.title.alternative | Few-layer transition metal dichalcogenides: the role of chalcogen species and their unconventional properties | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Lima, Matheus Paes | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1835846543912999 | por |
dc.description.resumo | Os 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.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física - PPGF | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA ATOMICA E MOLECULAR::ESTRUTURA ELETRONICA DE ATOMOS E MOLECULAS; TEORIA | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/0545565137193585 | por |