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.