| A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada |
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A TÉCNICA DO PSEUDOPOTENCIAL E SUA APLICAÇÃO PARA COMPOSTOS DE CARBONO |
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| Maurício Jeomar Piotrowski 1 |
| Paulo Piquini 2 |
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| (1. Acadêmico do Curso de Física / UFSM; 2. Departamento de Física / UFSM) |
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| INTRODUÇÃO: |
O elemento carbono está presente numa grande gama de compostos, com aplicações nas mais diversas áreas do conhecimento como: fármacos, compostos químicos, fertilizantes, etc. A versatilidade do carbono para a realização de ligações químicas o coloca numa posição única dentre os elementos da tabela periódica. Na maioria de suas aplicações, os elétrons dos átomos de carbono que tomam parte nas ligações químicas e que então determinam suas propriedades, são os elétrons de valência. Uma descrição quântica destes materiais contendo carbono requer o estudo de sua estrutura eletrônica, que em geral recai na resolução da equação de Schrödinger para muitos elétrons. A técnica do pseudopotencial permite reduzir a complexidade envolvida com o cálculo da estrutura eletrônica, uma vez que remove do problema a descrição dos elétrons do caroço iônico. Neste trabalho, estaremos descrevendo os conceitos principais do método do pseudopotencial e aplicando o pseudopotencial gerado para o átomo de carbono na descrição das propriedades do cristal de diamante e na predição de propriedades de nanotubos e nanofios de carbono. |
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| METODOLOGIA: |
O pseudopotencial do átomo de carbono foi gerado de acordo com o procedimento estabelecido por N. Troullier e J. L. Martins. Inicialmente resolve-se o problema atômico levando-se em conta todos os elétrons do sistema. Em seguida, gera-se o pseudopotencial, onde se substitui a ação do potencial atrativo nuclear mais o potencial repulsivo dos elétrons do caroço iônico sobre os elétrons de valência por um potencial efetivo, chamado de pseudopotencial. A seguir, faz-se as comparações necessárias para se estabelecer a confiabilidade no pseudopotencial gerado. Aplica-se então este pseudopotencial para o estudo das propriedades de um sistema previamente conhecido, no caso o cristal de diamante, de modo a garantir que nossa aproximação reproduza a experiência. Feito estes testes, pode-se aplicar a metodologia desenvolvida no estudo das propriedades de sistemas de interesse, no nosso caso nanotubos e nanofios de carbono. Este estudo foi feito utilizando-se o programa computacional SIESTA. |
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| RESULTADOS: |
Nosso pseudopotencial mostrou-se confiável, satisfazendo os critérios exigidos para sua correta aplicabilidade, quais sejam: 1) os autovalores dos orbitais de valência obtidos com o uso do pseudopotencial são iguais aos obtidos considerando-se todos os elétrons, 2) A pseudofunção de onda é idêntica a função de todos os elétrons além do raio do caroço iônico, 3) A carga dentro do caroço iônico é igual tanto para a pseudofunção como para a função de onda de todos elétrons e 4) o pseudopotencial continua a ser aplicável mesmo em situações diferentes do caso atômico (transferibilidade). Empregamos este pseudopotencial no estudo das propriedades eletrônicas e estruturais de nanotubos duplos de carbono e em um nanofio de carbono crescido na direção (001). Nossos resultados mostram que o nanofio é mais estável energeticamente que os nanotubos e que este nanofio tem caráter metálico, como mostra sua estrutura de bandas. |
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| CONCLUSÕES: |
Os pseudopotenciais gerados foram testados em situações conhecidas e mostraram-se bastante confiáveis. Além disso, empregamos estes pseudopotenciais na predição de propriedades eletrônicas e estruturais de novos materiais em escala nanométrica. Nossos resultados permitem concluir que a técnica de pseudopotenciais é bastante eficiente no estudo de materiais e abrem a possibilidade de extensão dos métodos e ferramentas adquiridos neste estudo para situações e sistemas de interesse tecnológico, como os nanosistemas. |
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Instituição de fomento: PET/SESu
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Trabalho de Iniciação Científica
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Palavras-chave: Pseudopotencial; Carbono; Nanofio. |
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| Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006 |