A influência da configuração de empilhamento nas propriedades estruturais, energéticas e optoeletrônicas da bicamada de PdX2 (X = S, Se, Te)

dc.contributor.advisor-co1Querne, Mateus Bazan Peters
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5406500995477450
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9240-7101
dc.contributor.advisor1Lima, Matheus Paes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1835846543912999
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5389-7649
dc.contributor.authorRibeiro, Lucas Mortean
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8651337657887222
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0002-3326-8129
dc.date.accessioned2026-08-13T17:13:11Z
dc.date.issued2026-07-03
dc.description.abstractThis work presents a first-principles investigation into the influence of stacking configuration on the structural, energetic, and optoelectronic properties of bilayer palladium dichalcogenides PdX2 (where X = S, Se, Te). The central objective is to analyze how different interlayer stacking patterns modulate the stability, electronic structure, and work function of these two-dimensional materials. The methodology employs computational simulations based on Density Functional Theory using the VASP software, describing the core-valence electron interactions via the projector augmented-wave method. The study uses the semilocal PBE functional for structural optimizations, obligatorily incorporating Grimme’s D3 correction for the rigorous treatment of van der Waals dispersion forces, which are fundamental elements for the stabilization of lamellar interfaces. For the refinement of the band structure and work functions, the research applies the HSE06 hybrid functional, ensuring greater accuracy in determining the band gap. The results indicate that the bulk-like configuration represents the global minimum energy state for the three investigated systems, serving as an absolute reference for stability. It is observed that the binding energy becomes progressively more negative in the sequence S → Se → Te, which reflects the increase in polarizability and the spatial extent of the electronic orbitals in the heavier atoms. The work demonstrates that PdS2 preserves its indirect band gap semiconductor character across all tested stackings, although the spatial organization significantly alters the electronic occupations near the band edges and induces a pronounced in-plane optical anisotropy for polarized light. In the PdSe2 system, stacking acts as a trigger for electronic phase transitions, allowing the material to transition between semiconductor, semimetallic, and metallic behaviors depending on the adopted geometry. Conversely, PdTe2 consistently maintains its metallic nature regardless of the stacking pattern, although it exhibits variations in the density of states and in the band crossings at the Fermi level. Bader charge analysis reveals that the stacking primarily perturbs the interfacial chalcogen atoms, establishing electric dipoles that shape the surface electrostatics. The work function exhibits a systematic reduction with the increase in chalcogen mass, but allows for additional fine-tuning through stacking engineering. The work concludes that the stacking configuration constitutes a practical and effective tuning parameter for the design of nanodevices. The detailed understanding of these mechanisms provides a theoretical foundation for the development of optoelectronic technologies and for contact engineering in two-dimensional materials.eng
dc.description.resumoEste trabalho apresenta uma investigação de primeiros princípios sobre a influência da configuração de empilhamento nas propriedades estruturais, energéticas e optoeletrônicas dos dicalcogenetos de paládio bicamada PdX2 (onde X = S, Se, Te). O objetivo central analisa como os diferentes padrões de empilhamento intercamada modulam a estabilidade, a estrutura eletrônica e a função trabalho desses materiais bidimensionais. A metodologia emprega simulações computacionais baseadas na Teoria do Funcional da Densidade utilizando o software VASP, com a descrição das interações entre elétrons de caroço e valência pelo método de ondas planas aumentadas por projetor. O estudo utiliza o funcional semilocal PBE para otimizações estruturais, incorporando obrigatoriamente a correção D3 de Grimme para o tratamento rigoroso das forças de dispersão de van der Waals, elementos fundamentais para a estabilização das interfaces lamelares. Para o refinamento da estrutura de bandas e das funções trabalho, a pesquisa aplica o funcional híbrido HSE06, garantindo maior precisão na determinação do band gap. Os resultados indicam que a configuração tipo bulk representa o estado de menor energia global para os três sistemas investigados, servindo como referência absoluta de estabilidade. Observa-se que a energia de ligação se torna progressivamente mais negativa na série S → Se → Te, o que reflete o aumento da polarizabilidade e da extensão espacial dos orbitais eletrônicos nos átomos mais pesados. O trabalho demonstra que o PdS2 preserva seu caráter semicondutor de band gap indireto em todos os empilhamentos testados, embora a organização espacial altere significativamente as ocupações eletrônicas próximas aos extremos das bandas e induza uma anisotropia óptica pronunciada no plano para luz polarizada. No sistema PdSe2, o empilhamento atua como um gatilho para transições de fase eletrônicas, permitindo que o material transite entre comportamentos semicondutor, semimetálico e metálico conforme a geometria adotada. Já o PdTe2 mantém sua natureza metálica de forma consistente, independentemente do padrão de empilhamento, embora exiba variações na densidade de estados e nos cruzamentos de bandas no nível de Fermi. A análise de cargas de Bader revela que o empilhamento perturba prioritariamente os átomos de calcogênio interfaciais, estabelecendo dipolos elétricos que moldam a eletrostática da superfície. A função trabalho exibe uma redução sistemática com o incremento da massa do calcogênio, mas permite um ajuste fino adicional por meio da engenharia de empilhamento. O trabalho conclui que a configuração de empilhamento constitui um parâmetro de ajuste prático e eficaz para o design de nanodispositivos. A compreensão detalhada desses mecanismos fornece uma base teórica para o desenvolvimento de tecnologias optoeletrônicas e para a engenharia de contatos em materiais bidimensionais.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationRIBEIRO, Lucas Mortean. A influência da configuração de empilhamento nas propriedades estruturais, energéticas e optoeletrônicas da bicamada de PdX2 (X = S, Se, Te). 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Física) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24516.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24516
dc.identifier.urlhttps://doi.org/10.1021/acsanm.6c01758
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.courseEngenharia Física - EFi
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectDicalcogenetos de metais de transiçãopor
dc.subjectEmpilhamentopor
dc.subjectTeoria do funcional da densidadepor
dc.subjectPropriedades optoeletrônicaspor
dc.subjectVan der Waalspor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTADOS ELETRONICOS
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.titleA influência da configuração de empilhamento nas propriedades estruturais, energéticas e optoeletrônicas da bicamada de PdX2 (X = S, Se, Te)por
dc.title.alternativeThe influence of stacking configuration on the structural, energetic, and optoelectronic properties of PdX₂ bilayers (X = S, Se, Te)eng
dc.typeTCC

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