Análise da potencialidade a condução do BDT através da densidade eletrônica de estados via tight binding e desenvolvimento de software (B3J)

Neste trabalho nos propomos a fazer um estudo acerca da potencialidade de condução eletrônica no polímero BDT (1,3-benzoditiol 4H-ciclopenta[2,1-b:3,4b’]). O estudo usual de polímeros conjugados é feito de modo a obter sua densidade de estados com diversos tipos e níveis de dopagem. O método de Huckel é o mais utilizado e se baseia na separabilidade das ligações sigma e pi que é possível quando a molécula estudada é plana. Os polímeros conjugados são em sua maioria planos e estão inseridos nesta aproximação. O monômero do BDT apresenta sua geometria fora do plano por apresentar ligações com orbitais sp3. Para contornar esse problema foi desenvolvido o programa B3J, que considera todos os orbitais de valencia (s, px, py e pz). O programa B3J calcula a densidade de estados de sistemas poliméricos. O estudo das bandas do BDT foi feito com este software. Calculamos a densidade de estados do sistema neutro e com diversos níveis de dopagem, com distribuição aleatória e ordenada dos defeitos, dopagem do tipo n e do tipo p. O comportamento do quadrado do coeficiente da expansão da função de onda foi obtido para polímeros de até 20 monômeros. Estes cálculos foram obtidos com geometrias dos métodos AM1 e PM3. Obtivemos os espectros de absorção de oligômeros a fim de inferir seu comportamento para um polímero. Foram utilizados cálculos de otimização de geometria através dos métodos semi-empíricos AM1 e PM3 e ZINDO/S e o método DFT. Em outro objetivo desta monografia há o estudo do aproveitamento de tetrâmeros de BDT como dispositivos eletrônicos. Tais oligômeros foram otimizados em diversos valores de potencial elétrico, com a inserção em suas cadeias de moléculas doadoras e aceitadoras para induzir um aumento no momento de dipolo da mesma.

Espectrometria Raman, UV, DOS e Circular Dicroísmo de alcalóides do cigarro

Esta dissertação aborda a análise espectroscópica de algumas estruturas moleculares presentes no tabaco (Nicotiana glauca), matéria-prima do cigarro, e suas interações com a molécula de DNA. De acordo com sua importância, dentre a grande variedade presentes no cigarro, às moléculas estudadas foram as derivadas do ácido nicotínico: ácido nicotínico (niacina/vitamina B3), nicotinamida, trigonelina, nicotina, nornicotina e anabasina. As otimizações dessas estruturas foram inicialmente obtidas no software computacional Hyperchem 8.0, baseadas na teoria da mecânica molecular. Em seguida, elas foram otimizadas, utilizando-se o método de Teoria do Funcional da Densidade, na base B3LYP/ 6-311++G(d,p), simulado no software Gaussian 03. Uma vez as estruturas otimizadas, obtivemos os espectros de absorção UV, Raman, Infravermelho, Dicroísmo Circular e Densidade de Estados para caracterizar as mesmas utilizando método de Teoria do Funcional da Densidade Dependente do Tempo, também simulados no mesmo software. Ao final desse processo, foi também simulado via mecânica molecular, as interações dessas estruturas com a molécula de DNA com o intuito de verificar a potencialidade cancerígena, ou não, dessas substâncias.

Investigação da transição isolante-metal do CDM via algoritmos computacionais e estudo de nano-dispositivos orgânicos

Apresentamos neste trabalho um estudo teórico sobre polímeros orgânicos conjugados. É conhecido que estes sistemas, em geral semicondutores ou isolantes, sob dopagem química podem vir a adquirir propriedades elétricas de material condutor. E ainda, sob ação de campo elétrico, pequenos oligômeros podem apresentar comportamento equivalente ao de dispositivos usuais, mas com inúmeras vantagens como, por exemplo, tamanho extremamente reduzido (alguns nanômetros). Dessa forma no primeiro capítulo faremos uma breve introdução sobre polímeros orgânicos conjugados mostrando alguns resultados experimentais obtidos para o polímero 4-dicianometileno-4,4-ciclopenta [2,1-b: 3,4b’] ditiofeno – CDM, que é o objeto central de estudo desta dissertação. O capítulo 2 trata dos métodos quânticos utilizados. Citaremos a Teoria de Hartre-Fock (HF) e suas derivações semi-empíricas. A técnica de Interação de configuração (CI) e a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) também serão tratadas neste capítulo. O capítulo 3 é dedicado a descrever as características de alguns dispositivos usuais como diodos e transistores. Aqui o fundamental é entender a composição, o funcionamento e principalmente, como se comportam suas curvas características corrente versus voltagem (IxV). Citaremos ainda alguns dispositivos eletrônicos extremamente pequenos. No capítulo 4 começa nossos resultados e discussões referentes a análise da transição isolante-metal em CDM sob ação de dopagem. Primeiramente a nível semiempírico, obtivemos a caracterização ótica de oligômeros de CDM neutro e na presença de defeitos conformacionais do tipo bipólarons negativo e positivo. Partindo de geometrias otimizadas via métodos AM1 e PM3 obtivemos o espectro de absorção para sistemas com e sem carga. A nível Hartree-Fock calculamos a Estrutura de Bandas e a Densidade de Estados (DOS) para o PCDM no estado neutro e dopado. O cálculo da DOS e da Dispersão foram realizados através de programas computacionais desenvolvidos aqui no Grupo de Física de Materiais da Amazônia (GFMA). Apresentamos ainda neste capítulo o espectro de absorção teórico para oligômeros de CDM com diversas configurações com geometrias totalmente otimizadas pelo DFT. No capítulo 5 temos os resultados relativos à análise de nanodispositivos baseados em tetrâmeros de CDM com e sem carga. As curvas do deslocamento de carga versus voltagem apresentam características de curvas de dispositivos usuais. Analisamos também o espectro de absorção teórico dos nanodispositivos para valores de tensão nula e em pontos de saturação de corrente nas regiões direta e reversa.

Transporte eletrônico em nanofitas de grafeno sob a influência de fatores externos, via primeiros princípios

O grafeno é a primeira estrutura bidimensional que se obteve experimentalmente. Sua rede cristalina é uma rede hexagonal, conhecida como "Favo de Mel", possui apenas um átomo de espessura. Cortes em folhas de grafeno, privilegiando determinada direção, geram as chamadas nanofitas de grafeno. Embora o grafeno se comporte como um metal, é sabido que as nanofitas podem apresentar comportamentos semicondutor, metálico ou semimetálico, dependendo da direção de corte e/ou largura da fita. No caso de nanofitas semicondutoras, a largura da banda proibida (band gap), entre outros fatores, depende da largura da nanofita. Neste trabalho adotou-se métodos de primeiros princípios como o DFT (Density Functional Theory), afim de se obter as características tais como curvas de dispersão para nanofitas. Neste trabalho, primeiramente, são apresentados diagramas de bandas de energia e curvas de densidade de estados para nanofitas de grafeno semicondutoras, de diferentes larguras, e na ausência de influências externas. Utilizou-se métodos de primeiros princípios para a obtenção destas curvas e o método das funções de Green do Não Equilíbrio para o transporte eletrônico. Posteriormente foi investigado a influência da hidrogenização, temperatura e tensão mecânica sobre sistema, isso além, de se estudar o comportamento de transporte eletrônico com e sem influência destes fatores externos. Vale ressaltar que as nanofitas de grafeno apresentam possibilidades reais de aplicação em nanodispositivos eletrônicos, a exemplo de nanodiodos e nanotransistores. Por esse motivo, é importante se ter o entendimento de como os fatores externos alteram as propriedades de tal material, pois assim, espera-se que as propriedades de dispositivos eletrônicos também sejam influenciadas da mesma maneira que as nanofitas.

Um estudo sobre a influência de defeitos de diferente natureza nas propriedades eletrônicas de nanotubos usando o método das ondas cilindricas linearizadas aumentadas

Os nanotubos de carbono e nitreto de boro são nano estruturas unidimensionais que apresentam comportamento tanto metálico quanto semicondutor, dependendo da sua quiralidade, exceto para os nanotubos de nitreto de boro que apresentam sempre características semicondutoras, caso não estejam dopados. Devido suas características eletrônicas, os nanotubos apresentam grandes possibilidades de aplicação em dispositivos de nanoeletrônica, tais como nanodiodos, nanotransistores e como elementos de interconexão, dentre outros. Por esta razão, é importante compreender como fatores externos agem sobre as propriedades de tais materiais. Um desses fatores externos é a introdução de defeitos nos nanotubos. Tais defeitos são a ausência de um ou mais átomos de carbono, pertencente ao nanotubo de carbono e, de nitrogênio ou boro, para os nanotubos de nitreto de boro, ou ainda, a substituição de átomos de carbono, nitrogênio ou boro por diferentes átomos na estrutura dos correspondentes nanotubos. Este trabalho apresenta um estudo teórico dos efeitos da introdução de defeitos, por substituição, nas propriedades eletrônicas dos nanotubos de carbono e nitreto de boro, via simulação ab-initio. Avaliam-se as estruturas de banda de energia e densidade de estados de nanotubos de carbono semicondutores e metálicos tipos armchair e zig-zag e apenas do tipo armchair para os nanotubos de nitreto de boro usando o método LACW – método das ondas cilíndricas linearizadas aumentadas. Além disso, devido a crescente importância dos nanotubos de nitreto de boro, fazemos um estudo sistematizado da estrutura eletrônica desses nanotubos, para uma supercélula formada por três células unitárias, usando dopagem intrínseca, bem como uma análise quantitativa, baseada na energia total e banda proibida, de estabilidade dessas estruturas.

Analysis of electronic structure of boron nitride nanotubes with different positions of intrinsic impurities

The pristine boron nitride nanotubes have a large direct band gap around 5 eV. This band gap can be engineered by doping. We investigate electronic structure of the doped hexagonal boron nitride (5,5) nanotubes using the linearized augmented cylindrical wave method. In particular, this work focuses on systematical study of the band gap and the density of states around the Fermi-level when the nanotubes are doped by intrinsic impurities of two substitutional boron atoms in a super cell and a comparative analysis of the relative stability of three structures studied here. This corresponds to 3.3% of impurity concentration. We calculate 29 configurations of the nanotubes with different positions of the intrinsic impurities in the nanotube. The band gap and density of states around the Fermi level show strong dependence on the relative positions of the impurity atoms. The two defect sub bands called D^∏(B) appear in the band gap of the pristine nanotube. The doped nanotubes possess p-type semiconductor properties with the band gap of 1.3-1.9 eV.

Densidade de energia e força de radiação sobre fronteiras em movimento para estados arbitrários do campo: aplicação ao estado coerente

No presente trabalho foi considerado um campo escalar real não massivo em um espaço-tempo bidimensional, satisfazendo à condição de fronteira Dirichlet ou Neumann na posição instantânea de uma fronteira em movimento. Para uma lei de movimento relativística, foi mostrado que as condiçõoes de fronteira Dirichlet e Neumann produzem a mesma força de radiação sobre um espelho em movimento quando o estado inicial do campo é invariante sobre translações temporais. Obtemos as fórmulas exatas para a densidade de energia do campo e da força de radiação na fronteira para os estados de vácuo, coerente e comprimido. No limite não-relativistico, os resultados obtidos coincidem com os encontrados na literatura. Também foi investigado o campo dentro de uma cavidade oscilante. Considerando as condiçõoes de fronteira Neumann e Dirichlet, escreveu-se a fórmulas exata para a densidade de energia dentro de uma cavidade não-estática, para um estado inicial arbitrário do campo. Tomando como base a equação de Moore, nós calculamos recursivamente a densidade de energia e investigamos a evolução temporal da densidade de energia para o estado coerente do campo.

Densidade de energia e força de radiação sobre fronteiras em movimento num espaço-tempo bidimensional

No presente trabalho, nós investigamos a densidade de energia e a força de reação a radiação quântica sobre uma fronteira em movimento que impõem ao campo escalar, sem massa, condições de contorno de Dirichlet ou Neumann. Apesar de assumirmos um particular movimento para fronteira, introduzido por Walker e Davies muitos anos atrás (J. Phys. A, 15 L477, 1982), consideramos novas possibilidades para o estado inicial do campo, entre as quais, estados térmicos e coerentes. Nós investigamos, também, o problema de uma cavidade com uma das fronteiras no particular movimento proposto por Walker e Davies, levando em conta o estado de vácuo, térmico e coerente como estados iniciais do campo. Finalmente, investigamos o caso de uma fronteira não estática que impõem condições de contorno de Robin ao campo.

Adaptação do método de Bott para contraste de densidade variando com a profundidade

Apresentamos um novo método para estimar o relevo do embasamento de bacias sedimentares através da extensão analítica da expressão da placa Bouguer para contraste de densidade entre o pacote sedimentar e o embasamento decrescendo monotonicamente com a profundidade de acordo com uma lei hiperbólica. O método requer ruído contido nos dados gravimétricos tenha desvio padrão inferior a 0,01 mGal. As estimativas do relevo do embasamento são obtidas nas posições espaciais localizadas diretamente abaixo de cada observação. A metodologia foi aplicada a dados sintéticos de bacias sedimentares simuladas apresentando relevo do embasamento suave. O método produziu relevo do embasamento estimado próximo do relevo simulado. O método foi também aplicado a três conjuntos de dados reais: Bacia do Recôncavo (Brasil), Graben do Büyük Menderes (Turquia) e Graben de San Jacinto (Estados Unidos). As soluções produzidas pelo método proposto apresentaram estimativas de profundidades máximas em acordo com as informações geológicas disponíveis: 6 km para Bacia do Recôncavo, 1,6 km para Vale do Büyük Menderes e 2,2 km para Graben de San Jacinto.

Inversão gravimétrica estável do relevo da base e da variação da densidade com a profundidade em aterros sanitários

O presente trabalho apresenta um método que utiliza uma função hiperbólica para descrever o decaimento do contraste de densidade com a profundidade em aterros sanitários e lixões, e consiste de duas abordagens: (1) o mapeamento da base de um lixão ou de um aterro sanitário conhecendo-se a anomalia gravimétrica, o contraste de densidade na superfície e o fator de decaimento do contraste de densidade com a profundidade; (2) estimação do contraste de densidade na superfície e o fator de decaimento do contraste de densidade com a profundidade a partir do conhecimento da anomalia gravimétrica e do relevo da base do lixão ou do aterro sanitário; uma variante desta última abordagem utiliza os valores conhecidos de profundidade desses ambientes para gerar a anomalia ajustada e estimar o valor do contraste de densidade na superfície e o fator de decaimento do contraste com a profundidade através da minimização da norma Euclidiana do vetor de resíduos entre as observações e o ajuste. Em ambas abordagens o modelo interpretativo é representado por um conjunto de prismas retangulares justapostos, cujas espessuras são os parâmetros a serem determinados. As soluções encontradas através das duas abordagens são estáveis devido à incorporação de informação sobre a suavidade do relevo estimado. O método foi aplicado a dados sintéticos produzidos pela simulação de aterros sanitários e lixões com até 15 m de profundidades e de relevos suaves. Os resultados das interpretações gravimétricas foram consistentes e revelaram a eficácia do método tanto na abordagem (1) como na abordagem (2). O método também foi aplicado à anomalia Bouguer residual do aterro sanitário da Fazenda Thomas, Indiana, USA, indicando que o contraste de densidade do aterro pode ou ser constante ou apresentar variação máxima de 0,09 g/cm³.