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

Informazioni tesi

  Autore: Agostino Occhicone
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Napoli - Federico II
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria industriale
  Relatore: Domenico Ninno
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 113

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.

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5    INTRODUZIONE      “There’s Plenty of Room at the Bottom” (C’è un sacco di spazio giù in  fondo”) è il titolo che nel 1959 il fisico Richard Feynman diede ad una sua  famosa lezione in cui presagì la possibilità di una diretta manipolazione dei  singoli atomi per creare dispositivi con nuove funzionalità.  L’idea di Feynman era quella di realizzare circuiti di computer più densi  o di microscopi che permettessero di osservare oggetti ancora più piccoli di  quelli osservabili al microscopio elettronico. Lavorare in dimensioni in cui la  gravità diverrebbe sempre meno importante, e in cui tensioni superficiali e  forze di Van der Waals avessero un ruolo di primo piano.  Un dispositivo elettronico, quale che sia la scala, deve poter scambiare  informazioni al proprio interno e, contemporaneamente, comunicare con il  mondo esterno. Nell’elettrotecnica del’Ottocento ciò avveniva attraverso fili  di rame, nelle attuali tecnologie basate sulla microelettronica a tale scopo  sono  utilizzate  opportune  piste  metalliche.  Nelle  nanotecnologie  ci  sarà  bisogno di filari di atomi o di molecole in grado di correlare tra loro strutture  atomiche che fungono da dispositivi.  Gli attuali dispositivi elettronici si basano sull’idea di poter organizzare  in  modo  ordinato  e  sequenziale  elementi  circuitali  e,  per  esempio,  una  memoria  per  computer  è  costituita  da  chip  contenenti  milioni  di  sistemi  elementari  conosciuti  come  CMOS.  Essi  sono  in  grado  di  conservare  informazioni logiche elementari (bit) variando il proprio stato tra acceso e 

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Parole chiave

carbonio
funzionale densità di carica
fisica dei materiali
nanotecnologie
dft
bande di energia
nanostrisce
grafano
principi primi
quantum espresso
grafene
elettronica
densità degli stati
semiconduttori

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