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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The search for new two-dimensional materials with properties suitable for technological applications is attracting growing interest among condensed matter physicists. It is very important to use theoretical methods to investigate the electronic and structural properties of these materials, given that they can present a series of exotic properties that are of great physical and chemical interest. One of the most successful theories in this area is the density functional theory, which allows the investigation of nanomaterials without the use of any empirical parameters and with excellent computational efficiency. In this thesis, we seek to use the density functional theory to study the two-dimensional version of antimony (antimonene) from several points of view: First, we studied the electronic and structural transitions undergone by few layers antimonene functionalized by different chemical groups. Second, we investigated the mechanisms for flat band emergence on the twisted antimonene bilayer electronic bandstructure. Then, we also used ab initio molecular dynamics to study the effects of low temperature on the vibration modes of the antimonene monolayer. Finally, in collaboration with the Nanoscopy laboratory at UFMG, we studied the electronic and structural transitions undergone by graphene/hexagonal boron nitride heterostructures compressed in atomic force microscopy experiments. In general, we observed several interesting properties that confirm antimonene as a promising nanomaterial for technological applications and as a platform to investigate exotic physical properties. A busca por novos materiais bidimensionais com propriedades adequadas para aplicações tecnológicas reúne um interesse cada vez maior dentro da comunidade de matéria condensada. De fato, é de grande importância a utilização de métodos teóricos para investigar as propriedades eletrônicas e estruturais desses materiais, dado que os mesmos podem apresentar uma série de propriedades exóticas com grande interesse físico e químico. Uma das teorias de maior sucesso nessa área é a teoria do funcional da densidade, que permite a investigação de nanomateriais sem a utilização de parâmetros empíricos e com excelente eficiência computacional. Buscamos nessa tese empregar a teoria do funcional da densidade para estudar a versão bidimensional do antimônio (o antimoneno) através de diferentes pontos de vista: Primeiro, estudamos as transições eletrônicas e estruturais sofridas por poucas camadas de antimoneno funcionalizadas por diferentes grupos químicos. Em segundo lugar, investigamos os mecanismos para emergência de bandas planas na estrutura de bandas eletrônicas de bicamadas de antimoneno giradas. Em seguida, também utilizamos dinâmica molecular livre de parâmetros empíricos para estudar os efeitos de baixa temperatura nos modos de vibração de uma monocamada de antimoneno. Por último, em colaboração com o laboratório de Nanoscopia da UFMG, estudamos as transições eletrônicas e estruturais sofridas por heteroestruturas de grafeno/nitreto de boro hexagonal ao serem pressionadas em experimentos de microscopia de força atômica. De forma geral, observamos diversas propriedades interessantes que ratificam o antimoneno como um nanomaterial promissor para aplicações tecnológicas e como plataforma para investigar propriedades físicas exóticas.

Esta é uma dissertação dividida em três trabalhos, nos quais técnicas de difração de raios-x, simulação por elementos finitos e fotoluminescência foram utilizadas para determinar propriedades estruturais e óticas de nanoestruturas semicondutoras. No primeiro trabalho foram estudadas propriedades de pontos quânticos de InAs em uma matriz de GaAs (001) contendo barreiras de AlGaAs. Quando liberadas de seu suporte de crescimento (wafer), essas camadas tornam-se nanomembranas, nas quais a presença de superfícies nas proximidades das nanoestruturas pode acarretar em alterações no estado de deformação elástica e nas propriedades optoeletrônicas das mesmas. Medidas de difração de raios-x permitiram averiguar a qualidade cristalina dos filmes em questão, enquanto análises de elementos finitos e medidas de fotoluminescência exploraram efeitos do relaxamento elástico e do confinamento eletrônico nessas estruturas. No segundo trabalho uma técnica de nano-difração de raios-x, mapeando a amostra ponto a ponto, permitiu a reconstrução de mapas tridimensionais do espaço recíproco, que foram utilizados para determinar a transferência de strain de nanoestruturas de InAs para uma nanomembrana de Si (001). Nesse trabalho simulações de elementos finitos permitiram a interpretação quantitativa dos dados experimentais em espaço real. No terceiro trabalho usamos o método de elementos finitos para simular diretamente perfis de difração de raios-x, permitindo a comparação e análise de resultados em espaço recíproco. Utilizamos como caso experimental medidas reais de difração de raios-x em amostras contendo anéis de InGaAs crescidos em GaAs (001). O objetivo foi determinar o strain na interface InGaAs/GaAs e a forma de empilhamento de uma bicamada de anéis quânticos. This work is composed of three independent results in which X-ray diffraction measurements, finite element modeling and photoluminescence are used to determine structural and optical properties of semiconductor nanostructures. In the first part of this thesis, properties of InAs quantum dots in a GaAs (001) matrix with AlGaAs barriers were studied. Once released from their growth support (wafer) these layers become nanometer-thick membranes (or nanomembranes), in which the presence of surfaces in the vicinity of the nanostructures can induce changes in their elastic strain status, as well as on their optical properties. X-ray diffraction measurements allowed the verification of the crystalline quality of the films, while finite element analysis and photoluminescence measurements explored the effects of elastic relaxation and quantum confinement in the nanostructures. In the second part of this thesis a spatially resolved x-ray diffraction technique was used to map the sample with nanometer resolution. This method allowed the reconstruction of three-dimensional reciprocal space maps, which were used to determine the strain transfer from InAs nanostructures to a Si (001) nanomembrane. Finite element method was again used, providing a quantitative interpretation of the experimental data. In the third part of this thesis finite element simulations were used to directly reproduce x-ray diffraction data, allowing the comparison and analysis of results in reciprocal space. We used x-ray diffraction measurements on samples containing InGaAs rings on GaAs (001) as experimental case. The main goal was to determine the InGaAs/GaAs interfacial strain, as well as the possible stacking conditions of a double quantum ring layer.