Estudo teórico de heteroestruturas baseadas em materiais bidimensionais

Abstract

Esta tese apresenta uma investigação teórica de duas heteroestruturas baseadas em materiais bidimensionais: (i) bicamada de grafeno funcionalizada com átomos de cobalto substitucionais (Co/GBL) sobre a superfície Cu(111) [Co/GBL/Cu(111)] e (ii) uma heteroestrutura lateral planar grafeno-MoSe2. As propriedades destes sistemas foram estudadas por meio de simulações de espectroscopia de absorção de raios X na região próxima à borda (XANES) e/ou métodos de estrutura eletrônica com base na Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Nossos resultados indicam um fenômeno de comutação magnética no sistema Co/GBL/Cu(111), ou seja, a possibilidade de ligar e desligar a magnetização da Co/GBL em superfície Cu(111). Este fenômeno tem como base o controle da transferência de carga Co/GBL ↔ Cu(111) por meio de um campo elétrico externo; o que controla a ocupação eletrônica de orbitais Co-3dz2 e C-2pz próximo ao nível de Fermi e, como consequência, as propriedades magnéticas da bicamada de grafeno dopada com cobalto. No sistema grafeno-MoSe2, com base em critérios de estabilidade energética para diferentes modelos estruturais, encontramos que as bordas Klein e zigue-zague do grafeno podem servir como sítio de nucleação para formação de interfaces grafeno-MoSe2 energeticamente estáveis, onde diferentes morfologias estruturais são possíveis. Para as geometrias de interface mais prováveis foram realizadas caracterizações adicionais das propriedades eletrônicas e estruturais, por meio de simulações de espectroscopia de XANES na borda K do carbono. A análise dos espectros de absorção indicou a viabilidade de identificação de diferentes geometrias de interface no sistema híbrido grafeno-MoSe2 a partir de medidas de XANES. Os resultados também revelaram que as propriedades eletrônicas e magnéticas locais dependem da estrutura atômica da interface. Em particular, encontramos a característica de meia-metalicidade (condução em um único canal de spin) em determinadas geometrias de interface, o que tem grande potencial para aplicações em spintrônica.