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Propriedades eletrônicas, mecânicas, óticas e de oxidação
1 Workshop 20 anos CENAPAD
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Propriedades alteradas devido a redução de dimensionalidade Confinamento quântico Efeitos de superfície
2 Workshop 20 anos CENAPAD
Engenharia de Dispositivos
Nature Materials 2, 517 (2003) Phys. Rev. B 73, 235409 (2006)
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Maior flexibilidade em combinar materiais Redução de tensão via relaxação lateral
Menor limitação devido a descasamentos de rede (deslocações) Maiores espessura crítica
3 Workshop 20 anos CENAPAD
Superação de limites operacionais em materiais bulk
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Ação em dispositivos como: Conectores Elementos ativos
4 Workshop 20 anos CENAPAD
Miniaturização e integração
Nature 488, 189 (2012) http://www.nanoelectronics.ch/research/cryolab.php
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5 Workshop 20 anos CENAPAD
Vertical high-mobility wrap-gated InAs nanowire transistor
High Electron Mobility InAs Nanowire Field-Effect Transistors
Electron transport in InAs nanowires and heterostructure nanowire devices
Diameter-dependent electron mobility of InAs nanowires
Das mais baixas massas efetivas entre os semicondutores
Direct observation of ballistic and drift carrier transport regimes in InAs nanowires
Remote p-doping of InAs nanowires
Magnetotransport properties of individual InAs nanowires
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6 Workshop 20 anos CENAPAD
Crystal-structure-dependent photoluminescence from InP nanowires
Increase of the photoluminescence intensity of InP nanowires by photoassisted surface passivation
Optical properties of InP nanowires on Si substrates with varied synthesis parameters
Enhanced luminescence from catalyst-free grown InP nanowires
Indium phosphide nanowires as building blocks for nanoscale electronic and optoelectronic devices
Dispositivos óticos na faixa do infravermelho
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Nanofios de InAs, InP Ligas InAs1-xPx
Heteroestruturas InAs/InP Core/Shell Axialmente modulada
7 Workshop 20 anos CENAPAD
o Propriedades: o Eletrônicas, o Mecânicas, o Óticas o de oxidação
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CÁLCULOS AB INITIO Teoria do Funcional da Densidade
LDA/GGA (PW91) Base de ondas planas PAW
8 Workshop 20 anos CENAPAD
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Dificuldades experimentais em extrair informações de sistemas de dimensões extremamente reduzidas
Estudo de casos controlados, isolando-se influências de diferentes agentes ou situações
Estudo de casos de manipulação difícil ou perigosa Exploração de situações extremas ...
9 Workshop 20 anos CENAPAD
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10 Workshop 20 anos CENAPAD
Nanofios zinc-blende crescidos na direção [111]
0,5 nm 1,0 nm
1,5 nm 2,0 nm
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11 Workshop 20 anos CENAPAD
Poço Quadrado Eg ~ D-2
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12 Workshop 20 anos CENAPAD
Diminuição na mobilidade de elétrons e buracos
Aumento da massa efetiva com a diminuição do diâmetro
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13 Workshop 20 anos CENAPAD
1. Confinamento quântico: afeta a energia e a dispersão dos níveis eletrônicos
2. Efeitos de superfície: introduz armadilhas e centros espalhadores (passivação melhora bastante a mobilidade)
3. Temperatura: aumento da taxa de espalhamento por fônons
1. Confinamento quântico: afeta a energia e a dispersão dos níveis eletrônicos
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14 Workshop 20 anos CENAPAD
[111] [0001] [11-21]
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15 Workshop 20 anos CENAPAD
Para diâmetros menores que 2nm
1. Aumento substancial na mobilidade dos buracos
2. Mobilidade eletrônica não diminui drasticamente
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16 Workshop 20 anos CENAPAD
1. Confinamento quântico: afeta a energia e a dispersão dos níveis eletrônicos
2. Efeitos de superfície: introduz armadilhas e centros espalhadores (passivação melhora bastante a mobilidade)
3. Temperatura: aumento da taxa de espalhamento por fônons
Efeitos de superfície: introduz armadilhas e centros espalhadores (passivação melhora bastante a mobilidade)
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17 Workshop 20 anos CENAPAD
Nature 450, 27 (2002)
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Características de nanofios core/shell que podem ser exploradas Razão Core/Shell:
Diferentes razões diferentes propriedades eletrônicas Observa-se variações nos regimes de alinhamentos de banda Tensões não tão bem acomodadas modulação das
propriedades via stress Passivação do core:
Eliminação de estados de superfície Dopagem remota:
Alinhamento de banda adequado que permite dopagem na camada não ativa gere portadores na camada ativa (sem espalhamento)
18 Workshop 20 anos CENAPAD
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19 Workshop 20 anos CENAPAD
(a) InAs ; D ~ 1nm
(b) InAs ; D – 1,5 nm
(c) InAs/InP ; D ~ 1,5 nm core – 1,0 nm
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20 Workshop 20 anos CENAPAD
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21 Workshop 20 anos CENAPAD
Distorções no parâmetro de rede do fio de -4% ate 4%
InAs: D1 = -1,38 ; n = 1,10 InP: D1 = -0,80 ; n = 0,82
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22 Workshop 20 anos CENAPAD
Comportamento harmônico
Ruptura Comportamento multiplamente harmônico
Elástico
Comportamento multiplamente harmônico
Plasticidade
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23 Workshop 20 anos CENAPAD
Recentemente: Celulas solares de arranjos de nanofios de InP
atingem 13,8% de eficiência
Science 339, 1057 (2013)
InAs1-xPx : x = 0,0, 0,25, 0,50, 0,75, 1,00
Variando x ao longo do nanofio
Tandem solar cells
Diferentes diâmetros +
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24 Workshop 20 anos CENAPAD
H. Krömmer, Nobel Lecture Phys. Lett. A 378, 2872 (2014)
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25 Workshop 20 anos CENAPAD
Variação monotônica de ~ 1 eV no limiar de absorbância devido à formação de uma liga aleatória nos sítios dos ânions
Phys. Lett. A 378, 2872 (2014)
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Nanofios expostos a atmosfera oxidam! Propriedades alteradas pela oxidação
26 Workshop 20 anos CENAPAD
Etapas iniciais Dinâmica do fio oxidado
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Dinâmica T = 300K; Algoritmo de Verlet; passo de integração : 0,75 fs; ensemble canônico (NVT) termostato: Nosé- Hoover
DFT, GGA (PW91), PAW VASP
27 Workshop 20 anos CENAPAD
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28 Workshop 20 anos CENAPAD
Diâmetro do nanofio: ~ 35 Å; Constituído por 5 camadas coaxiais; Célula unitária tetragonal: 45 x 45 x ao ao = 7,013 Å Número de pontos –k : 4 pontos-k Convergência da energia total em: 5 meV
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29 Workshop 20 anos CENAPAD
Célula unitária: 300 átomos do nanofio (150 de In e 150 de P) e 144 átomos referentes as moléculas de oxigênio.
1200 passos de dinâmica
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30 Workshop 20 anos CENAPAD
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Etapas da dinâmica molecular: foram selecionados três
átomos de O e acompanhada a suas evoluções dinâmica.
31
Corresponde a
penetração observada
no slide anterior.
Workshop 20 anos CENAPAD
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32 Workshop 20 anos CENAPAD
Fio com átomos de oxigênio distribuidos aleatoriamente nas
suas duas últimas camadas
Selecionou-se 10 configurações
descorrelacionadas
Dinâmica molecular com mais de 6000 passos
cálculo da função de correlação temporal
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33 Workshop 20 anos CENAPAD
• Estrutura interna do fio preservada •Camadas externas amorfizadas
•Fio deixa de apresentar gap de energia •Estados introduzidos no gap são localizados defeitos de In
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Nanofios de InAs e InP são candidatos a aplicações Eletrônicas Óticas Eletromecânicas etc
Nossos estudos destes nanofios buscam elucidar como: As propriedades variam em função do diâmetro Como as diferentes composições afetam suas
propriedades Pode estas modificações podem ser exploradas
34 Workshop 20 anos CENAPAD
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35 Workshop 20 anos CENAPAD
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36 Workshop 20 anos CENAPAD
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37 Workshop 20 anos CENAPAD
Obrigado!