Estudo da interação elétron-fônon em nanotubos de carbono por Espectroscopia Raman Ressonante
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Jose Francisco de Sampaio
Ricardo Wagner Nunes
Ricardo Wagner Nunes
Resumo
Neste trabalho, aplicamos a técnica de espectroscopia Raman ressonante ao estudo de nanotubos de carbono. Fizemos uma revisão da literatura acerca de suas propriedades estruturais, eletrônicas e vibracionais, dando ênfase a uma discussão sobre como efeitos de muitos corpos, em especial as interações elétron-fônon, afetam tais propriedades. Revisamos, também, a aplicação da espectroscopia Raman nestes sistemas, discutindo a origem dos diversos picos presentes no espectro Raman dos nanotubos. Por fim, apresentamos resultados experimentais em diferentes amostras de nanotubos de carbono, tanto em feixes, como individuais dispersos em solução aquosa com a ajuda de surfactantes, e crescidos isolados sobre um substrato de silício. Mostramos como, no caso de nanotubos de carbono metálicos, o ambiente em que os nanotubos se encontram pode levar a uma modificação tanto da frequência quanto da largura de linha da componente de menor frequência da chamada banda G, associada ao modo vibracional longitudinal óptico (LO), causada pela interação dos fônons com os elétrons de condução no sistema. No caso de nanotubos semicondutores, vimos que a banda G pode fornecer informações sobre o grau de agregação dos nanotubos de carbono em uma dada amostra. A espectroscopia Raman, portanto, pode ser utilizada como uma técnica capaz de fornecer informações sobre como efeitos relacionados ao ambiente afetam as propriedades vibracionais dos nanotubos de carbono
Abstract
In this work, we have used resonance Raman spectroscopy to the study of carbon nanotubes. We reviewed the literature concerning their structural, electronic and vibrational properties, emphasizing the role of many-body effects, particularly the electron-phonon interaction, on the latter two properties. We also reviewed how Raman spectroscopy can be applied to probe these systems, discussing the origin of the various modes in their Raman spectra. Finally, we present experimental results on distinct carbon nanotubes samples, both as-grown and individualized in aqueous dispersion wrapped with surfactants, and isolated on a silicon substrate. We showed, for metallic nanotubes, how the environment around the nanotube can affect both the frequency and the linewidth of the lower frequency component of the so-called G-band, which is believed to be associated with the longitudinal optical (LO) mode. This effect is attributed to a change in the Fermi level of the nanotube, caused by the interaction between the phonons and the conduction electrons in the system. In the case of semiconducting carbon nanotubes, the G-band can be used to probe the degree of aggregation of the nanotubes in a given sample. Raman spectroscopy can, therefore, be used as a probe of how the nanotubes environment can affect their vibrational properties
Assunto
Raman, Efeito ressonante, Nanotubos de carbono metálicos, Nanotubos de carbono, Física
Palavras-chave
Espectroscopia Raman, Nanotubos de carbono