Propiedades electrónicas de las nanoestructuras basadas en carbono
Ender Araujoabril de 2012
Grupo de Química Teórica. QUIFFIS - ULA.Laboratorio de Hardware. Cenditel.
Índice
1. Alotropías del carbono
2. Propiedades electrónicas del grafeno
3. Propiedades electrónicas de los nanotubos
4. Aplicaciones
5. Referencias
1. Alotropías del carbono
El átomo de carbono
Hojas de Grafeno = Grafito
Fulerenos Nanotubos Grafito Grafeno
2. Propiedades electrónicas del Grafeno
“La estructura de bandas de un material determina varias características, en particular las propiedades electrónicas y ópticas”
Diagramas de conductividad eléctrica
Cálculos Tight-binding para Grafeno.Aproximación a primeros vecinos
Dispersión de energíaEspacio real
Espacio recíproco kZona de Brilloiun
Los tres primeros vectores mas cercanos (en el espacio real)
Los seis segundos vectores mas cercanos
El hamiltoniano Tight-binding para los electrones en el grafeno, considerando que los electrones pueden saltar hacia sus los átomos vecinos cercanos, posee la forma:
donde, ai,σ (a†i,σ ) son los operadores de creación y
destrucción de un electrón con espín σ(σ = ↑,↓), en la región Ri en un sublattice A (Una definición equivalente e la utilizada en el sublattice B).t (~2.8eV).
Las bandas de energía, de éste hamiltoniano
t‘ no es bien conocido, pero cálculos ab initio (Reich et. Al 2002), encontraron
lo cual depende de la parametrización TB
Estructura de bandas electrónicas del grafeno
Espectro de energía (en unidades de t) para valores finitos de t y t’, con t = 2.7 eV y t’ = -0.2 t.
Grafeno bilayer
3. Propiedades electrónicas de los nanotubos de carbono
Estructura de bandas
Zig-zag (9,0)Silla (5,5) Zig-zag (10,0)
Bandas de energía (Tight-binding)
Silla (siempre metálico)
Zig-zag (semiconductor o metálico)
4. Aplicaciones
GrafenoALGUNAS PROPIEDADES:• Alta conductividad eléctrica y térmica• Alta elasticidad y dureza• Resistencia(200 veces mayor que el acero)• Es tan ligero como la fibra de carbono, pero mas
flexible• Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir
electrones.ALGUNAS APLICACIONES:• Recubrimiento para evitar corrosión.• Fibras sintéticas mas duras que el Kevlar.• Transistores (FET), IBM 300 GHz sept 2010
Identificación óptica de grafeno
Referencias1. A. Neto, F. Guinea, N. Peres, K. Novoselov
and K. Geim. The electronic properties of graphene. Rev. Mod. Phys. 81, 2009.
2. K. Ghosh. Electronic Band Structure of Carbon Nanotubes. Stanford University, seminar 2005.
3. H. Min. Electronic Structure of Graphene. Texas University, seminar 2006.
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