Efeitos Termo-Elétricos e Magnéticos das Monocamadas TMD 1T’-WTe2 e 1T’-RuWTe2 via Simulação Computacional
DOI:
https://doi.org/10.55892/jrg.v7i15.1362Palavras-chave:
Monocamadas, TMDs, DFT, Efeitos termo-elétricosResumo
Dicalcogenetos de metais de transição (transition metal dichalcogenides, TMD) são compostos químicos que consistem de dois átomos calcogênios (Te, Se ou S) conectados por ligações covalentes a um átomo de metal de transição, possuindo a forma estrutural XY2. Nesta pesquisa, realizou-se a modelagem e simulação computacional, seguida da análise de propriedades físicas das monocamadas monoclínicas (1T’) dos TMDs ditelureto de tungstênio (WTe2) e ditelureto de tungstênio-rutênio (RuWTe2), substituindo nesta última um átomo de W por um átomo de Ru na célula primitiva, via formalismo da teoria do funcional da densidade (density fuctional theory, DFT), considerando principalmente a aproximação do gradiente generalizado (GGA) e o funcional hibrido HSE06 para estimativa de bandgap, a partir das nanoestruturas em seu estado de mínima energia. Os parâmetros de rede do TMD proposto 1T’-RuWTe2 são compatíveis com o TMD 1T’-WTe2 já conhecido na literatura. O bandgap estimado para 1T’-RuWTe2 foi de 0,50 e 0,35 eV, para as bandas com spin up e down, respectivamente, caracterizando-o como semicondutor, enquanto que o 1T’-WTe2 apresentou características de condutor. Quanto a natureza magnética, estes TMDs apresentaram ferromagnetismo, e uma aparente tendência do 1T’-RuWTe2 para ferrimagnetismo. Analisou-se ainda a densidade de estados parciais, os potenciais termodinâmicos e a capacidade térmica, em que se destacam a potencial síntese e estimativa de novas tecnologias como nanodispositivos termo-elétricos e magnéticos do TMD 1T’-RuWTe2.
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Referências
Abdullahi, Yusuf Zuntu. Electronic and magnetic properties of RuO2 monolayer: DFT+ U investigation. Computational Condensed Matter, v. 29, p. e00614, 2021. DOI: 10.1016/j.cocom.2021.e00614
Ashcroft, N. W., Mermin, N. D. Solid state physics. Cengage Learning, 2022.
Bletskan, D. I., Vakulchak, V. V., Kabatsii, V. M. Electronic structure of sodium thiogermanate. Open Journal of Inorganic Non-metallic Materials, v. 5, n. 02, p. 31, 2015. DOI: 10.4236/ojinm.2015.52004
Brown, Bruce E. The crystal structures of WTe2 and high-temperature MoTe2. Acta Crystallographica, v. 20, n. 2, p. 268-274, 1966. DOI: 10.1107/S0365110X66000513
Carvalho, R. C., Mendonça, M. E. V., Tavares, M. S., Moreira, E., Azevedo, D. L. Optoelectronic and thermodynamic properties, infrared and Raman spectra of NbO2 and Nb2O5 from DFT formalism. Journal of Physics and Chemistry of Solids, v. 163, p. 110549, 2022. DOI: 10.1016/j.jpcs.2021.110549
Clark, S. J., Segall, M. D., Pickard, C. J., Hasnip, P. J., Probert, M. I., Refson, K., Payne, M. C. First principles methods using CASTEP. Zeitschrift für kristallographie-crystalline materials, v. 220, n. 5-6, p. 567-570, 2005. DOI: 10.1524/zkri.220.5.567.65075
Geim, A. K., Novoselov, K. S. The rise of graphene. Nature materials, v. 6, n. 3, p. 183-191, 2007. DOI: 10.1038/nmat1849
Lu, Xin et al. Strain-induced two-dimensional topological insulators in monolayer 1T′-RuO2. Journal of Physics: Condensed Matter, v. 34, n. 47, p. 475502, 2022. DOI: 10.1088/1361-648X/ac965b
Mathias, A. L. R., Moucherek, F. M. O., Santos, W. O., Costa, F. S., Tavares, M. S., Moreira, E., & Azevedo, D. L. Two-dimensional dichalcogenides of type XY2 (X= Mo, W; Y= S, Se): A DFT study of the structural, optoelectronic, thermodynamic properties, infrared, and Raman spectra. Journal of Materials Research, v. 38, n. 8, p. 2072-2083, 2023. DOI: 10.1557/s43578-023-00947-5
Moreira, E.; Freitas, D.; Azevedo, D. Nanoestrutura 2-D do Dissulfeto de Molibdênio: Um Estudo via Teoria do Funcional da Densidade. OmniScriptum GmbH & Co. KG – Riga Letónia, 2020. 92p.
Perdew, J. P., Burke, K., Ernzerhof, M. Generalized gradient approximation made simple. Physical review letters, v. 77, n. 18, p. 3865, 1996. DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.3865
Pfrommer, B. G., Côté, M., Louie, S. G., Cohen, M. L. Relaxation of crystals with the quasi-Newton method. Journal of Computational Physics, v. 131, n. 1, p. 233-240, 1997. DOI: 10.1006/jcph.1996.5612
Santos, W. O., Moucherek, F. M. O., Dias, A. C., Moreira, E., Azevedo, D. L. 1T’-RuO2 monolayer: First-principles study of excitonic, optoelectronic, vibrational, and thermodynamic properties. Journal of Materials Research, v. 38, n. 15, p. 3677-3689, 2023. DOI: 10.1557/s43578-023-01091-w
Santos, W. O., Moucherek, F. M. O., Dias, A. C., Moreira, E., Azevedo, D. L. Structural, optoelectronic, excitonic, vibrational, and thermodynamic properties of 1T’-OsO2 monolayer via ab initio calculations. Journal of Applied Physics, v. 134, n. 7, 2023. DOI: 10.1063/5.0156245
Santos, W. O., Pereira, M. V. D., Frazão, N. F., Moreira, E., Azevedo, D. L. 1T’-RuWTe2 hybrid monolayer as a novel magnetic material: A first principles study. Materials Today Communications, v. 38, p. 107784, 2024. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2023.107784
Tang, S., Zhang, C., Wong, D., Pedramrazi, Z., Tsai, H. Z., Jia, C., ... and Shen, Z. X. Quantum spin Hall state in monolayer 1T'-WTe2. Nature Physics, v. 13, n. 7, p. 683-687, 2017. DOI: 10.1038/nphys4174
Torun, E., Sahin, H., Cahangirov, S., Rubio, A., and Peeters, F. M. Anisotropic electronic, mechanical, and optical properties of monolayer WTe2. Journal of Applied Physics, v. 119, n. 7, 2016. DOI: 10.1063/1.4942162
Yang, J., Jin, Y., Xu, W., Zheng, B., Wang, R., and Xu, H. Oxidation-induced topological phase transition in monolayer 1T′-WTe2. The journal of physical chemistry letters, v. 9, n. 16, p. 4783-4788, 2018. DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01999
Yin, X., Tang, C. S., Zheng, Y., Gao, J., Wu, J., Zhang, H., ... and Wee, A. T. Recent developments in 2D transition metal dichalcogenides: phase transition and applications of the (quasi-) metallic phases. Chemical Society Reviews, v. 50, n. 18, p. 10087-10115, 2021. DOI: 10.1039/D1CS00236H
Yu, P., Lin, J., Sun, L., Le, Q. L., Yu, X., Gao, G., ... and Liu, Z. Metal–Semiconductor Phase‐Transition in WSe2 (1‐x) Te2x Monolayer. Advanced Materials, v. 29, n. 4, p. 1603991, 2017. DOI: 10.1002/adma.201603991
Zulfiqar, M., Zhao, Y., Li, G., Li, Z., and Ni, J. Intrinsic thermal conductivities of monolayer transition metal dichalcogenides MX2 (M= Mo, W; X= S, Se, Te). Scientific Reports, v. 9, n. 1, p. 4571, 2019. DOI: 10.1038/s41598-019-40882-2
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