Estudo teórico da dopagem com manganês e influência de defeitos pontuais nas propriedades estruturais e eletrônicas na rede de bifenileno 2D

Abstract

Resumo: Neste trabalho, foram estudadas, através de cálculos de primeiros princípios utilizando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) com pseudopotenciais, uma rede de bifenileno 2D dopada com átomos de manganês. As propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas foram avaliadas, e também foi conduzido um estudo sobre as influências das monovacâncias e divacâncias na monocamada de bifenileno (BPN) nas propriedades elétricas e estruturais. Os resultados mostraram que a estrutura do BPN é construída a partir de três anéis: tetrágono, hexágono e octógono. Através da estrutura da banda, as características eletrônicas do material foram avaliadas, e a monocamada de BPN foi definida como metálica. Com a dopagem substitucional de átomos de Mn, foi possível induzir magnetismo na estrutura do BPN. Enquanto para as vacâncias na estrutura pura do BPN, observou-se que os defeitos de vacância têm um impacto significativo nas propriedades eletrônicas e mecânicas do bifenileno. Observou-se que as configurações de divacância são mais estáveis do que as monovacâncias. Para as monovacâncias, constatou-se que apresentam estados spin polarizados devido à presença de dangling bonds no sistema re-construído, enquanto que nas divacâncias o sistema reconstruído não apresenta esse tipo de efeito. Em geral, os defeitos tipo vacâncias são responsáveis por alterações significativas nas propriedades eletrônicas do bifenileno, tornando-os importantes para estudos em nanoeletrônica e nanotecnologia.

Abstract: In this work, a 2D biphenylene network doped with manganese atoms was studied through first principles calculations using Density Functional Theory (DFT) with pseu-dopotentials. Structural, electronic, and magnetic properties were evaluated, and a study was conducted on the influences of monovacancies and divacancies in the monolayer of biphenylene (BPN) on electrical and structural properties. Our results showed that the BPN structure is constructed from three rings: tetragon, hexagon, and octagon. Through band structure, we assessed the electronic characteristics of the material and defined the BPN monolayer as metallic. With the substitutional doping of Mn atoms, it was possible to induce magnetism in the BPN structure. While for vacancies in the pure BPN structure, it was observed that vacancy defects have a significant impact on the electronic and mechanical properties of biphenylene. It was observed that divacancy configurations are more stable than monovacancies. For monovacancies, it was observed that they exhibit spin-polarized states due to the presence of dangling bonds in the reconstructed system, while in divacancies, the reconstructed system does not exhibit this type of effect. In general, vacancy-type defects are responsible for significant alterations in the electronic properties of biphenylene, making them important for studies in nanoelectronics and nanotechnology.