Eletrônica molecular via método híbrido DFT/FGNE em anéis fenilas acoplados a eletrodos metálicos de nanotubos de carbono: a regra de conformação e quiralidade molecular

Nesta tese, investigamos detalhadamente as propriedades de transporte eletrônico, conformacional e de simetria de estruturas de Nanotubos de Carbono de Parede Simples zigzag (9,0), NCPS zz9, acopladas a anéis fenilas (2, 3, 4 e 5) sob influência de campo elétrico externo (voltagem) via método híbrido da Teoria do Funcional Densidade (DFT) do tipo B3LYP 6-311G(d,p) combinado com Função de Green de Não Equilíbrio (FGNE) e Teoria de Grupo. Verificamos uma boa relação entre: 1- o índice quiral () por Teoria de Grupo e a lei do cos2 (, ângulo diedral) por geometria sob a influência de campo elétrico externo, pois  só depende das posições atômicas (), das conformações, e também está fortemente correlacionada a corrente que passa através do sistema; 2- a condutância normalizada (G/Go) é proporcional a cos2 na região do gap (EHOMO-ELUMO), isto é, nas regiões onde ocorre a ressonância e a resistência diferencial negativa (RDN); 3- o gráfico Fowler-Northeim (FN) exibe mínimo de voltagem (Vmin) que ocorre sempre que a cauda de um pico de transmissão ressonante entra na janela de voltagem, isto é, quando nessas estruturas ocorre uma RDN, pois o número de RDN na curva I-V está associado ao número de Vmin no gráfico FN e pode ser explicado pelo modelo de transporte molecular coerente; 4- a altura da barreira (EF - EHOMO e ELUMO - EF) como função do comprimento molecular; 5- Vmin como função da altura da barreira (EF - EHOMO) e do comprimento molecular. Assim, 1 implica que a conformação molecular desempenha um papel preponderante na determinação das propriedades de transporte da junção; 2 sugere que a lei do cos2 tem uma aplicabilidade mais geral independentemente da natureza dos eletrodos; 3 serve como um instrumento espectroscópico e também para identificar a molécula na junção; 4 e 5 a medida que o comprimento molecular atinge um certo valor (1,3nm) o Vmin permanece praticamente inalterado. Os resultados mostraram que as propriedades estruturais sofrem alterações significativas com o aumento da voltagem que estão em boa concordância com os valores encontrados na literatura. O comportamento das curvas IxV e G/GoxV perdem sua dependência linear para dar origem a um comportamento não linear com aparecimento de RDN. Tal ponto revela a modificação estrutural sofrida pelo sistema. A curva IxV confirmou as afirmações que foram feitas através da análise estrutural para o sistema considerado e mostrou como se dá o fluxo de carga nos sistemas analisados.

ABSTRACT: In this thesis, we investigate in detail the electronic transport properties, conformation and symmetry of zz9 SWCN structures attached to phenyl rings (2, 3, 4 and 5) under the influence of external electric field (voltage) via hybrid method DFT type B3LYP 6-311G (d, p) combined with NEGF and Group Theory. We found a good relationship between: 1 - the chiral index () by Group Theory and the law of cos2 (, dihedral angle) for the geometry under the influence of external electric field because  only depends on the atomic positions () of conformations, and is also strongly correlated with current passing through the system; 2 - normalized conductance (G / Go) is proportional to cos2 in the region of the gap (EHOMO-ELUMO), ie, in regions where the resonance occurs negative differential resistance (NDR) and 3 - the Fowler-Northeim (FN) plot Vmin displays that occurs when the tail of a resonant transmission peak voltage enters the window, that is, when these structures is an NDR, NDR as the number of the IV plot is associated with the number Vmin of the FN plot and can be explained by the model of molecular transport line 4 - the barrier height (EF - EHOMO and ELUMO - EF) as a function of molecular length, 5 - Vmin as a function of barrier height (EF - EHOMO ) and the molecular length. Thus, one implies that the molecular conformation plays a major role in determining the transport properties of the junction, suggests that the second law of cos2 is a more general applicability regardless of the nature of the electrodes; 3 serves as a spectroscopic tool and also to identify the molecule at the junction, 4 and 5 as the molecular length reaches a certain value (1.3 nm) the Vmin remains virtually unchanged. The results showed that the structural properties (geometric) undergo significant changes with increasing external electric field that are in good agreement with the values found in literature. The behavior of I-V curves and G/Go-V lose their linear dependence to give rise to a nonlinear behavior with the appearance of NDR. This point reveals the structural modifications suffered by the system. The I-V plot confirmed the statements that were made through the structural analysis for the system considered and showed how it gives the load flow analysis systems.