Propriedades mecânicas e eletrônicas de nanofios de cobre e ouro / Mechanical and electronic properties of copper and gold nanowires

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

31/05/2010

RESUMO

A necessidade de ampliar a capacidade de processamento computacional produziu um intenso esforço científico e tecnológico para produzir circuitos eletrônicos cada vez menores. Recentemente, resultados experimentais e teóricos estabeleceram que nanofios de cobre e ouro sob tensão evoluem para cadeias atômicas, o menor condutor possível. Neste trabalho, utilizando dinâmica molecular tight-binding observamos a evolução dinâmica de nanofios de cobre sob tensão nas direções cristalográficas [100], [110] e [111] elongando-os até a ruptura. As estruturas obtidas antes da ruptura foram usadas para iniciar os cálculos de primeiros-princípios baseado na teoria do funcional da densidade nas aproximações de densidade local e gradiente generalizado (LDA e GGA) até observamos novamente a ruptura. O nanofio elongado na direção [111] foi dopado com impurezas de H, B, C, N, O, S e N2 e elongado para verificarmos como as impurezas afetam suas propriedades estruturais e eletrônicas. Constatamos um efeito mecanoquímico devido a inserção de N e N2 que formam ligações p-d estáveis e muito fortes, causando o rearranjo das pontas adicionando mais átomos a cadeia atômica linear, sugerindo que nanofios unidimensionais maiores poderiam ser obtidos se produzidos em atmosferas nitrogenadas. Observamos as diferenças e similaridades na evolução dinâmica de nanofios de cobre e ouro elongados na direção [111]. Em ambos os metais, o primeiro rearranjo significativo ocorre devido a um átomo do interior do nanofio que vai para sua superfície. Objetivando compreender melhor este efeito, consideramos suas configurações ocas ou de camada única. Comparamos as forças calculadas suportadas pelos nanofios e mostramos que os nanofios de parede única podem suportar forças maiores antes do seu primeiro rearranjo estrutural em ambos os metais comparados aos nanofios originais. Investigamos também a dependência das forças máximas sustentadas pelos nanofios de parede única com respeito ao diâmetro. Nossos resultados sugerem que nanofios de cobre suportam mais tensão uniaxial do que os de ouro além de evoluir para cadeias atômicas lineares menores, indicando uma menor maleabilidade do cobre comparado ao ouro, como observado no sólido macroscópico. Experimentos mostraram que nanofios de ouro formados ao longo da direção [110] reconstroem sob tensão como estruturas helicoidais. Através de sua evolução dinâmica, nossos cálculos mostram que estes nanofios intrinsecamente tornam-se helicoidais devido aos planos (111) compactos que formam um ângulo com a direção de elongação mantendo o registro do seu arranjo angular inicial, além da tendência dos átomos do interior migrarem para sua superfície reconstruindo-a como {111} que é a superfície de mais baixa energia livre. Estes nanofios evoluem sob tensão formando cadeias atômicas lineares mais longas do que nanofios elongados em outras direções porque suas pontas são menos simétricas. Na configuração próxima a ruptura, estudamos a estrutura eletrônica de átomos de diferentes coordenações com cálculos ab-initio na aproximação GGA. Consideramos também outros nanofios [110] de diferentes diâmetros e comprimentos, mostrando que também evoluem para estruturas helicoidais. Discutimos porque este comportamento é observado em nanofios de ouro e inexiste no cobre embora sejam metais isoeletrônicos

ASSUNTO(S)

dinamica molecular ab-initio cobre ouro nanowires molecular dynamics ab-initio copper gold nanofios

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