Estudo ab initio da monocamada de bifenileno

Abstract

Resumo: Este trabalho investiga as propriedades estruturais, eletrônicas e de transporte da monocamada de bifenileno (BPN), utilizando métodos teóricos baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e nas Equações de Green Fora do Equilíbrio (NEGF). Os resultados apresentados confirmam que o BPN é uma estrutura composta por anéis tetragonais, hexagonais e octogonais que apresentam uma forte ligação C-C em função da sua hibridização do tipo sp2. Essa disposição única do BPN resulta em uma estrutura térmica e dinamicamente estável, além de introduzir uma forte anisotropia no sistema, que se manifesta na forma de faixas eletrônicas (ESs). A estrutura de banda do BPN descreve um material metálico, que apresenta um cone de Dirac distorcido (tipo-II) com concentração de portadores de carga do tipo-n. As propriedades de transporte do BPN também apresentam uma forte anisotropia, uma vez que a transmitância e a corrente eletrônica são maiores na direção paralela às ESs. Em seguida, estudamos a influência do strain uniaxial e biaxial nas propriedades do BPN. Os resultados mostram que as deformações mecânicas na estrutura de banda são predominantemente localizadas, alterando o estado desocupado de menor energia no segmento Y-? da primeira zona de Brillouin. Já as propriedades de transporte são mais sensíveis às manipulações mecânicas, que podem, em alguns casos, alterar drasticamente as propriedades como a condutância e a anisotropia da corrente eletrônica. Por fim, os defeitos estruturais na forma de monovacâncias e divacâncias foram estudados. Além de induzir um magnetismo localizado na forma de um dangling bond (monovacância), os defeitos estudados também afetam as propriedades de transporte do BPN, reduzindo o número de canais de transmissão em todas as configurações estudadas. Os resultados apresentados neste trabalho contribuem para um melhor entendimento das características anisotrópicas do BPN, além de elucidar o comportamento deste material sob a influência de deformações no plano e na presença de defeitos pontuais.

Abstract: This work investigates the structural, electronic, and transport Properties of a biphenylene monolayer (BPN), using theoretical methods based on Density Functional Theory (DFT) and Non-Equilibrium Green's Functions (NEGF). The presented results confirm that BPN is a structure composed of tetragonal, hexagonal, and octagonal rings exhibiting strong C-C bonds due to sp2 hybridization. This unique arrangement of BPN results in a thermally and dynamically stable structure, as well as introducing strong anisotropy in the system, which manifests in the form of electronic stripes (ESs). The band structure of BPN describes a metallic material, which exhibits a distorted Dirac cone (type-II) with a concentration of n-type charge carriers. The transport properties of BPN also exhibit strong anisotropy, as the transmittance and electronic current are higher in the direction parallel to the ES. Subsequently, we studied the influence of uniaxial and biaxial strain on the properties of BPN. The results show that mechanical deformations in the band structure are predominantly localized, altering the lowest unoccupied state in the Y- segment of the first Brillouin zone. Transport properties are more sensitive to mechanical manipulations, which can, in some cases, drastically alter properties such as conductance and electronic current anisotropy. Finally, structural defects in the form of mono-vacancies and di-vacancies were studied. In addition to inducing localized magnetism in the form of a dangling bond, the studied defects also affect the transport Properties of BPN, reducing the number of transmission channels in all configurations. The results presented in this work contribute to a better understanding of the anisotropic characteristics of BPN, as well as elucidating the behavior of this material under the influence of in-plane deformations and the presence of point defects.