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Título: Investigação das propriedades do bulk e da superfície do ZnS e CdS: uma abordagem computacional
Título(s) alternativo(s): Investigation of bulk and surface properties of ZnS and CdS: a computational approach
Autor(es): Favaretto, Luana Ranubia da Silva
Orientador(es): La Porta, Felipe Almeida
Palavras-chave: Sulfeto de zinco
Cádmio
Semicondutores
Simulação (Computadores)
Zinc sulphide
Cadmium
Semiconductors
Computer simulation
Data do documento: 21-Jun-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Londrina
Referência: FAVARETTO, Luana Ranubia da Silva. Investigação das propriedades do bulk e da superfície do ZnS e CdS: uma abordagem computacional. 2018. 56 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2018.
Resumo: O design computacional de novos materiais funcionais em nanoescala oferece um entendimento, fundamental a partir de uma perspectiva estrutural moderna que por sua vez possibilita melhorar suas propriedades e aplicações. Nesse sentido o estudo dos efeitos de ordem-desordem estrutural e eletrônica em materiais semicondutores, particularmente sugere um caminho “intuitivo” para compreender o comportamento químico destes importantes materiais, sendo, portanto, uma atrativa área de pesquisa em ciência e engenharia de materiais, pois esses a priori governam fortemente suas propriedades físicas e químicas de grande interesse em diversas aplicações tecnologia. Neste contexto os sulfetos metálicos como, por exemplo, o sulfeto de zinco (ZnS), e o de cádmio (CdS) são considerados promissores materiais semicondutores, pois possuem relevantes propriedades físicas e químicas, que os tornam atrativos para o desenvolvimento de muitas aplicações tecnológicas, tais como eletrônicas, optoeletrônicas, fotocatalítica entre outras. Assim, este trabalho será focado no estudo teórico e computacional, baseado no formalismo da teoria do funcional da densidade (DFT), sobre as propriedades estruturais, eletrônicas do bulk do ZnS e CdS. Particularmente, a estrutura estudada foi a cúbica, conhecida como como blenda de zinco, assim como as superfícies foram nas direções (100), (110) e (111), respectivamente para ambos sistemas. As propriedades tanto do bulk, quanto das superfícies citados anteriormente, para o ZnS e CdS, foram analisadas em função da densidade de estados (DOS), estrutura de bandas, modos vibracionais, energia de superfície, bem como, foi avaliado os efeitos de ordem-desordem estrutural e eletrônico desses materiais na sua forma de bulk, a fim de tentar elucidar as origens de suas exóticas propriedades em escala nanométrica. Todos os cálculos deste projeto foram realizados em condições periódicas utilizando o programa CRYSTAL 17. Os resultados foram comparados diretamente com dados experimentais disponíveis para ambos sistemas. O valor do band gap obtido para o ZnS foi de 3,58 eV, do CdS foi, de 3,12 eV, ambos com gap direto.
Abstract: The computational design of new nanoscale functional materials offers an understanding, fundamental from a modern structural perspective that in turn makes possible to improve its properties and applications. In this sense, the study of the structural and electronic order-disorder effects in semiconductor materials, particularly suggests an "intuitive" way to understand the chemical behavior of these important materials, being, therefore, an attractive area of research in materials science and engineering, since these a priori strongly govern their physical and chemical properties of great interest in various technology applications. In this context metallic sulfides such as zinc sulfide (ZnS) and cadmium (CdS) are considered to be promising semiconductor materials because they have relevant physical and chemical properties that make them attractive for the development of many technological applications, such as electronics, optoelectronics, photocatalytics and others. Thus, this work will focus on the theoretical and computational study, based on the formalism of the theory of density functional (DFT), on the structural, electronic and vibrational properties of ZnS and CdS bulk. Particularly, the structure studied was cubic, known as zinc blende, as well as the surfaces were in the directions (100), (110) and (111), respectively for both systems. The properties of both the bulk and the abovementioned surfaces for ZnS and CdS were analyzed as a function of state density (DOS), band structure, vibrational modes, surface energy, as well as order effects - structural and electronic disruption of these materials in their bulk form, in order to try to elucidate the origins of their exotic properties at nanometer scale. All calculations of this project were performed under periodic conditions using the CRYSTAL program 17. The results were compared directly with experimental data available for both systems. The band gap value obtained for the ZnS was 3,58 eV, of the CdS was, of 3,12 eV, both with a direct gap.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10131
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