Estudo das interações de Van der Waals no contexto da Teoria do Funcional da densidade e aplicações em nanoestruturas
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Cristiano Fantini Leite
Helio Chacham
Helio Chacham
Resumo
O termo da dispersão da interação de Van der Waals é uma manifestação da energia de correlação eletrônica e é fundamental na descrição de vários sistemas físicos. Apesar da solução exata da Teoria do Funcional da Densidade conter toda a descrição desse tipo de interação, a implementação da teoria com aproximações para o funcional de troca-correlação traz dificuldades para o correto tratamento dessas interações. Neste trabalho, investigamos desenvolvimentos metodológicos que visam corrigir essa limitação. No primeiro deles, implementamos um potencial semi-empírico para o termo de dispersão de London e o incorporamos como uma correção na energia de Kohn-Sham. No segundo, estudamos a construção de um funcional de troca-correlação para o tratamento das interações de Van der Waals por primeiros princípios. Ambos os casos foram testados com aplicações em sistemas constituídos por nanoestruturas interagindo entre si ou com outras moléculas por meio desse tipo de interação. Como exemplos, citamos a adsorção de benzeno e oxigênio em nanotubos de carbono, a deposição de nanotubos sobre redes de moléculas de silanos, adsorção de uma molécula biológica, a adenina em grafeno e a interação de folhas de grafeno com nanotubos e fulerenos.
Abstract
The dispersion term in van der Waals interaction is a manifestation of electronic correlation energy, and it is fundamental in the description of several physical systems. In spite of the exact solution of Density Functional Theory contains all description of this kind of interaction the implementation of the theory with approximations for the exchange correlation functional brings difficulties for the correct treatment of these interactions. In this work, we investigate methodological developments which aim to overcome this limitation. In the first one, we implementeda semiempirical potential for the London dispersion term which was incorporated as a correction in the Kohn-Sham energy. As for the second, we studied the construction of an exchange correlation functional for the first-principles treatment of van der Waals interaction. Both caseswere tested with applications in systems formed by nanostructures interacting among themselves or with other molecules by means of this kind of interaction. As examples, we cite the adsorption of benzene and oxygen in carbon nanotubes, the deposition of nanotubes on top ofarrays of silanes molecules, the adsorption of biological molecule, adenine, in graphene, and the interaction of graphene sheets with nanotubes and fullerenes.
Assunto
Interações de van de Waals, Física, Materiais nanoestruturados, Estrutura eletrônica, Funcionais de densidade
Palavras-chave
Teoria do Funcional da Densidade, Interação de van der Waals, Materiais nanoestruturados