Engineering the electronic bandgaps and band edge positions in carbon-substituted 2D boron nitride: a first-principles investigation

Modification of graphene to open a robust gap in its electronic spectrum is essential for its use in field effect transistors and photochemistry applications. Inspired by recent experimental success in the preparation of homogeneous alloys of graphene and boron nitride (BN), we consider here engineering the electronic structure and bandgap of C2xB1−xN1−x alloys via both compositional and configurational modification. We start from the BN end-member, which already has a large bandgap, and then show that (a) the bandgap can in principle be reduced to about 2 eV with moderate substitution of C (x < 0.25); and (b) the electronic structure of C2xB1−xN1−x can be further tuned not only with composition x, but also with the configuration adopted by C substituents in the BN matrix. Our analysis, based on accurate screened hybrid functional calculations, provides a clear understanding of the correlation found between the bandgap and the level of aggregation of C atoms: the bandgap decreases most when the C atoms are maximally isolated, and increases with aggregation of C atoms due to the formation of bonding and anti-bonding bands associated with hybridization of occupied and empty defect states. We determine the location of valence and conduction band edges relative to vacuum and discuss the implications on the potential use of 2D C2xB1−xN1−x alloys in photocatalytic applications. Finally, we assess the thermodynamic limitations on the formation of these alloys using a cluster expansion model derived from first-principles.

Effects of Side-Chain and Electron Exchange Correlation on the Band Structure of Perylene Diimide Liquid Crystals: A Density Functional Study

The structural and electronic properties of perylene diimide liquid crystal PPEEB are studied using ab initio methods based on the density functional theory (I)FT). Using available experimental crystallographic data as a guide, we propose a detailed structural model for the packing of solid PPEEB. We find that due to the localized nature of the band edge wave function, theoretical approaches beyond the standard method, such as hybrid functional (PBE0), are required to correctly characterize the band structure of this material. Moreover, unlike previous assumptions, we observe the formation of hydrogen bonds between the side chains of different molecules, which leads to a dispersion of the energy levels. This result indicates that the side chains of the molecular crystal not only are responsible for its structural conformation but also can be used for tuning the electronic and optical properties of these materials.

Layer-by-Layer Assembly of Carbon Nanotubes Incorporated in Light-Addressable Potentiometric Sensors

The integration of carbon nanotubes in conjunction with a chemical or biological recognition element into a semiconductor field-effect device (FED) may lead to new (bio)chemical sensors. In this study, we present a new concept to develop field-effect-based sensors, using a light-addressable potentiometric sensor (LAPS) platform modified with layer-by-layer (LbL) films of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and polyamidoamine (PAMAM) dendrimers. Film growth was monitored for each layer adsorbed on the LAPS chip by Measuring current-voltage (IIV) curves. The morphology of the films was analyzed via atomic force microscopy (AFM) and field-emission scanning electron microscopy (FESEM), revealing the formation of a highly interconnected nanostructure of SWNTs-network into the dendrimer layers. Constant current (CC) Measurements showed that the incorporation of the PAMAM/SWNT LbL film containing LIP to 6 bilayers onto the LAPS Structure has a high pH sensitivity of ca. 58 mV/pH. The biosensing ability of the devices was tested for penicillin G via adsorptive immobilization of the enzyme penicillinase atop the LgL film. LAPS architectures modified with the LbL film exhibited higher sensitivity, ca. 100 mV/decade, in comparison to ca. 79 mV/decade for all unmodified LAPS, which demonstrates the potential application of the CNT-LbL Structure in field-effect-based (bio)chemical sensors.

Immobilization of Poly(propylene imine) Dendrimer/Nickel Phtalocyanine as Nanostructured Multilayer Films To Be Used as Gate Membranes for SEGFET pH Sensors

We describe the assembly of layer-by-layer films based on the poly(propylene imine) dendrimer (PPID) generation 3 and nickel tetrasulfonated phthalocyanine (NiTsPc) for application as chemically sensitive membranes in sepal alive extended-gate field effect transistor (SEGFET) pH sensors PPID/NiTsPc films wet e adsorbed on quartz, glass. indium tin oxide. or gold (Au)-covered glass substrates Multilayer formation was monitored via UV-vis absorption upon following the increment in the Q-band intensity (615 nm) of NiTsPc The nanostructured membranes were very stable in a pH range of 4-10 and displayed a good sensitivity toward H(+), ca 30 mV/pH for PPID/N(1)TsPc films deposited on Au-covered substrates For films deposited on ITO, the sensitivity was ca 52 4 mV/pH. close to the expected theoretical value for ton-sensitive membranes. The use of chemically stable PPID/NiTsPc films as gate membranes in SEGFETs, as introduced here, may represent an alternative for the fabrication of nanostructured, porous platforms for enzyme immobilization to be used in enzymatic biosensors.

Filmes finos dielétricos para dispositivos microeletrônicos avançados

Apresentamos mecanismos de formação e de degradação térmica de filmes fi- nos (espessura da ordem de 10 nm) de diferentes dielétricos sobre substrato de silício monocristalino. Tendo em vista a aplicação dessas estruturas em MOSFETs (transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor), estudamos o consagrado óxido de silício (SiO2), os atuais substitutos oxinitretos de silício (SiOxNy) e o possível substituto futuro óxido de alumínio (Al2O3). Nossos resultados experimentais baseiam-se em técnicas preparativas de substituição isotópica e de caracterização física com feixes de íons (análise com reações nucleares) ou raios- X (espectroscopia de fotoelétrons). Observamos que: (a) átomos de silício não apresentam difusão de longo alcance (além de ~ 2 nm) durante o crescimento de SiO2 por oxidação térmica do silício em O2; (b) nitretação hipertérmica é capaz de produzir filmes finos de oxinitreto de silício com até dez vezes mais nitrogênio que o resultante do processamento térmico usual, sendo que esse nitrogênio tende a se acumular na interface SiOxNy/Si; e (c) átomos de oxigênio, alumínio e silício migram e promovem reações químicas durante o recozimento térmico de estruturas Al2O3/SiO2/Si em presença de O2. Desenvolvemos um modelo de difusão-reação que poderá vir a permitir o estabelecimento de condições ótimas de processamento térmico para filmes finos de Al2O3 sobre silício a serem empregados na fabricação de MOSFETs.

Growth of Al2O3 thin film by oxidation of resistively evaporated Al on top of SnO2, and electrical properties of the heterojunction SnO2/Al2O3

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Energy transfer and frequency upconversion in Yb3+-Er3+-doped PbO-GeO2 glass containing silver nanoparticles

We report the infrared-to-visible frequency upconversion in Er3+-Yb3+-codoped PbO-GeO2 glass containing silver nanoparticles (NPs). The optical excitation is made with a laser at 980 nm in resonance with the F-2(5/2)-> F-2(7/2) transition of Yb3+ ions. Intense emission bands centered at 525, 550, and 662 nm were observed corresponding to Er3+ transitions. The simultaneous influence of the Yb3+-> Er3+ energy transfer and the contribution of the intensified local field effect due to the silver NPs give origin to the enhancement of the whole frequency upconversion spectra.

Investigação de propriedades de filmes finos de Al2O3 para aplicação em dispositivos eletrônicos

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Portadores quentes: modelo browniano

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Técnicas avançadas para caracterização de processos de transporte dependente do Spin

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Investigação das características I x V e C x V de NCPS puro, com nitrogênio substitucional carregado (-1 e +1) e com grupos doador (NO2)-aceitador (NH2) através de métodos derivados de hartree-fock

Neste trabalho, fizemos uma investigação sobre o estudo teórico das características I x V e C x V de Nanotubo Carbono de Parede Simples (NCPS) puro, com Nitrogênio substitucional carregado com cargas -1 (caracterizando um indicativo de dopagem tipo n) e +1 (caracterizando um indicativo de dopagem tipo p) e na presença de grupos doador (NO₂)-aceitador (NH₂), através da simulação computacional do estado fundamental de NCPS, bem como de sua estrutura eletrônica e propriedades ópticas, utilizando parametrizações semi-empíricas AM1 (Austin Mudel 1) e ZINDO/S-ClS (Zerner´s lntermediate Neglect of Differential Orbital/Spectroscopic - Cunfiguration lnteraction Single) derivadas da Teoria de Hartree-Fock baseada em técnicas de química quântica. Por meio deste modelo teórico analisamos as propriedades ópticas e eletrônicas, de maior interesse para esses materiais, a fim de se entender a melhor forma de interação desses materiais na fabricação de dispositivos eletrônicos, tais como TECs (Transistores de Efeito de Campo) ou em aplicações em optoeletrônica tais como DEL (Dispositivo Emissor de Luz). Observamos que NCPS com Nitrogênio substitucional apresentam defeitos conformacionais do tipo polarônico. Fizemos as curvas dos espectros UV-visível de Absorção para NCPS armchair e zigzag puro, com Nitrogênio substitucional carregado com cargas (-1 e +1) e na presença de grupos doador (NO₂)-aceitador (NH₂), quando perturbados por intensidades diferentes de campo elétrico. Verificamos que em NCPS zigzag ao aumentarmos a intensidade do campo elétrico, suas curvas sofrem grandes perturbações. Obtivemos as curvas p x E, I x V e C x V para esses NCPS, concluímos que NCPS armchair possui comportamento resistor, pois suas curvas são lineares e zigzag possui comportamento semelhante ao dos dispositivos eletrônicos importantes para o avanço tecnológico. Assim, nossos resultados estão de bom acordo com os resultados experimentais e teóricos de NCPS puro e com Nitrogênio encontrados na literatura.

Micro-inverter for integrated grid-tie photovoltaic module using resonant controller

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Melanin as an active layer in biosensors

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Disorder induced interface states and their influence on the AI/Ge nanowires Schottky devices

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Desenvolvimento de dispositivos eletrônico-orgânicos e sua aplicação como sensores em meio aquoso

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)