Caracterização de estados de carga de defeitos em sistemas bidimensionais por primeiros princípios: abordagens para os problemas metodológicos

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Thiago Escobar Colla
Nestor Javier Fajardo Reina

Resumo

Nesta dissertação, estudamos o problema da determinação de energias de formação e transição entre estados de carga de defeitos em materiais bidimensionais por meio de cálculos baseados na Teoria do Funcional da Densidade. O problema apresenta dificuldades metodológicas associadas ao uso de supercélulas que se repetem periodicamente no espaço em cálculos de sistemas carregados eletricamente. Em materias bidimensionais, em particular, o vácuo em uma das direções acentua problemas relativos à falta de blindagem eletrostática, levando a divergências na determinação de energia total e a comportamentos espúrios da convergência dos valores de quantidades físicas com o tamanho da célula. Apresentamos três abordagens discutidas na literatura para tratar o problema. Em seguida, escolhemos uma delas para uma aplicação particular que consistiu no estudo da dupla vacância de Si e C em um sistema de carbeto de silício (SiC) bidimensional. O exemplo ilustra tanto a necessidade de correção para a determinação das energias de transição entre estados de carga do defeito como os passos metodológicos envolvidas na implementação da correção.

Abstract

In this dissertation, we study the problem of determining formation and transition energies between charge states of defects in two-dimensional materials through calculations based on Density Functional Theory. The problem presents methodological difficulties associated with the use of supercells that periodically repeat in space in calculations of electrically charged systems. In two-dimensional materials, in particular, vacuum in one direction accentuates problems related to the lack of electrostatic shielding, leading to divergences in the determination of total energy and spurious behaviors of the convergence of the values of physical quantities with the size of the cell. We present three approaches discussed in the literature to address this issue. We then choose one of them for a particular application that consisted of studying the double vacancy of $Si$ and $C$ in a two-dimensional silicon carbide system ($SiC$). This representative example illustrates both the need for correction for the determination of the transition energies between charge states of the defect and the methodological steps involved in implementing the correction.

Assunto

Carbeto de silício, Entalpia, Teoria do funcional da densidade

Palavras-chave

Carbeto de silício, Energia de formação, Teoria do funcional da densidade

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