Calcoli da principi primi per lo studio degli effetti di bordo sulle proprietà strutturali ed elettroniche di nanostrisce di grafene

Il lavoro si divide in tre parti fondamentali e in cinque capitoli. Nel primo capitolo è introdotto l’ambito di ricerca in cui ci muoveremo, si definiscono le proprietà fondamentali che tanto interesse hanno suscitato intorno al grafene e si definisce il sistema che si intende studiare, ossia nanostrisce di grafene con bordi zig zag. Nel secondo capitolo si spiegano i modelli principali su cui ci si basa per la descrizione delle strutture a bande di materiali metallici, semiconduttori e isolanti; si descrive la DFT, density functional theory, che è alla base del calcolo delle estesi proprietà elettroniche a partire da principi primi; si descrive l’approssimazione della densità locale (LDA e LSDA) sulla cosiddetta funzione di energia di correlazione e scambio Exc[n(r)] e, infine, sono rapidamente descritte le principali caratteristiche del software di calcolo che è il codice QUANTUM – ESPRESSO.
Il secondo blocco è costituito da due capitoli in cui sono riportati i risultati dei calcoli effettuati. Nel primo di questi due capitoli è riportata una caratterizzazione del sistema grafene mediante l’approssimazione del legame forte; la sua struttura a bande è ricostruita mediante calcoli da principi primi e nella sua DOS è individuabile la caratteristica dipendenza lineare dall’energia nell’intorno del livello di Fermi. Si fanno valutazioni sull’alta reattività del grafene dovuta alla presenza di ripiegamenti nanometrici della struttura: si introduce il grafano e si riporta la sua struttura a bande. Infine si eseguono calcoli su nanostrisce zig zag passivate da idrogeno: calcoli effettuati tenendo conto degli stati di spin mostrano l’apertura di una gap di energia e il sistema assume carattere semiconduttivo.
Nel quarto capitolo, sulla falsa riga dei calcoli compiuti nel terzo, si riportano i risultati ottenuti su nanostrisce che sono passivate da elementi del VI e VII Gruppo. Gli elementi del VII Gruppo forniscono caratteristiche elettriche di semiconduzione al sistema mediante l’apertura di una gap; gli elementi più grandi, come cloro e bromo, determinano anche nuove conformazione strutturali della nanostriscia. Altri calcoli sono effettuati su nanostrisce ZGNR-H che presentano difetti e sono valutate eventuali variazioni della struttura e delle proprietà elettroniche.
Nella terza e ultima parte del lavoro sono esposte le conclusioni del lavoro e alcune delle possibili applicazioni tecnologiche che potrebbero avere sistemi a base di grafene. Dai calcoli effettuati si può capire il ruolo che giocano i bordi in sistemi dalle basse dimensionalità. Nelle nanostrisce zig zag l’ordine della distribuzione degli stati di spin è fondamentale per aprire una gap di energia nelle loro strutture a bande. La possibilità di variare la distribuzione degli stati di spin rende le nanostrisce elementi di studio per la spintronica.