Search

O dioxido de estanho na estrutura rutila (SnO2) é um semicondutor de gap largo e faz parte da classe dos óxidos condutores transparentes (TCO). Possui gap direto de 3,6 eV e condutividade do tipo n, mesmo quando não dopado intencionalmente. Estudos teóricos e experimentais atribuem este comportamento à presença de defeitos intrínsecos. Por outro lado, impurezas de hidrogênio, em sítios intersticiais ou substituindo o átomo de oxigênio, poderiam ser responsáveis pelo caráter n do SnO2. Neste trabalho apresentamos nossos resultados de estrutura eletrônica, a partir de cálculos de primeiros princípios, para o dióxido de estanho puro, assim como levando em conta a presença de defeitos intrínsecos - VO, VSn, Sni, Oi, OSn, SnO, SnO+OSn, Sni+VO - e para vários centros de impureza de hidrogênio - Hi, HO, HBC, Hi-Hi, Hi-HO, Hi-HBC, HBC-HBC, onde V significa vacância e BC a impureza localizada em um sítio entre ligação. Os resultados para a impureza de hidrogênio são confrontados com os dos defeitos intrínsicos. Nossas análises mostram, tanto para o caso das impurezas de H isoladas quanto para os pares complexos H-H, que estes centros apresentam caráter doador. Em todas as configurações, as energias de formação são suficientemente baixas, comparadas com as dos defeitos intrínsecos, mostrando competitividade e sugerindo que a impureza de hidrogênio poderia ser responsável pela característica de condutividade n do cristal SnO2. Apresentamos também resultados de propriedades eletrônicas e magnéticas para impurezas de metal de transição MT (MT = V, Cr, Fe, Mn, Co e Ni) em SnO2 em uma configuração estrutural de baixa concentração. Estes sistemas são denominados semicondutores magnéticos diluídos (DMS - diluted magnetic semiconductor), isto é, ligas diluídas do tipo Sn1-xMTxO2 e Sn1-xMTxO2-y(VO)y. Consideramos neste estudo as concentrações x = 0,04 e y = 0,02, correspondendo a valores experimentalmente possíveis de se obter. Este estudo aponta para a existência de estados magnéticos metaestáveis para estes sistemas e mostra como a vacância de oxigênio afeta este comportamento. Para todos os casos, o estado eletrônico fundamental encontrado apresenta configuraçãoo de alto spin (HS - high-spin) e o fenômeno de spin-crossover para o estado de baixo spin (LS - low-spin) é possível de ocorrer. A metaestabilidade obtida para estes sistemas DMS é estudada em conecção com as relaxações estruturais em torno da impureza, na ausência e na presença da vacância de oxigênio. Por fim, alternando respectivamente camadas magnéticas e não magnéticas de r-CrO2 e r-SnO2, foram estudados sistemas em uma configuração de super-rede (SL - superlattice), do tipo (CrO2)n(SnO2)n, com n = 1; 2; ...; 10 sendo o número de monocamadas. Para todos os valores de n foi observado comportamento meio-metal (half-metal) para os sistemas. O estado fundamental é ferromagnético (FM), com momento mangético igual a 2 mu_B por cromo ndependentemente do número de monocamadas. E como o óxido r-CrO2 é instável na temperatura ambiente, porém pode ser estabilizado, quando crescido sobre o r-SnO2, sugerimos que as super-redes (CrO2)n(SnO2)n podem ser aplicadas na tecnologia de spintrônica provendo eficiente polarização de spin de seus portadores. Os cálculos de estutura eletrônica foram realizados levando em conta a polarização de spin, usando o método PAW (Projector-Augmented-Wave) implementado no pacote computacional VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package), dentro da teoria DFT (density functional theory) utilizando a aproximação local da densidade com correção GGA-PBE (generalized gradient corrections) e aproximação GGA-PBE+U, onde U é a correção on site de Hubbard. Rutile tin dioxide (r-SnO2) is a wide-band-gap semiconductor and is part of a class of promising transparent conducting oxides (TCO). It has a direct band gap of 3.6 eV and shows n-type conductivity, even when not intentionally doped, which is usually attributed to intrinsic defects. On the other hand, it has been proposed theoretically that in spite of unintentionally doping, hydrogen impurities at interstitial or O substitutional sites could be responsible for the n-type conductivity in SnO2. In this work we report the results of ab initio electronic structure calculatations for pure tin dioxide as well as for some intrinsic defects VO, VSn, Sni, Oi, OSn, SnO, SnO+OSn and Sni+VO and for several H-related defect centers Hi, HO, HBC, Hi-Hi, Hi-HO, Hi-HBC, HBC-HBC, where V means vacancy and BC bond-centered sites. Our H-related results centers are confronted with those obtained for the intrinsic defects. Our findings show, for example, that hydrogen impurity has a donor character for all studied centers and that not only the isolated H, but also some of its complexes, show competitive low formation energies, suggesting that various H-related centers could be responsible for the n-type conductivity observed in the unintentionally doped SnO2. We discuss some results of the electronic and magnetic properties of TM-doped tin dioxide (TM = V, Cr, Fe, Mn, Co and Ni) in a diluted magnetic oxide configurations, i.e., Sn1-xTMxO2 and Sn1-xTMxO2-y(VO)y diluted alloys. As a prototype we will consider x = 0.04 and y = 0.02, which corresponds to a TM content just within the experimental window. Our aim is to analyze the presence of magnetic metastable states in these systems and how oxygen vacancies affect this metastability. For all cases, the ground state corresponds to the expected high spin (HS) configuration and a spin-crossover to the low-spin state is possible. The obtained magnetic metasbility in TM-doped SnO2 is discussed in connection with the structural relaxations around the impurity in absence and in presence of O vacancies. Finally, alternated magnetic and non-magnetic layers of rutile-CrO2 and rutile-SnO2 respectively, in a (CrO2)n(SnO2)n superlattice (SL) configuration, with n being the number of monolayers which are considered equal to 1, 2, ..., 10 are studied. A half-metallic behavior is observed for the (CrO2)n(SnO2)n SLs for all values of n. The ground state is found to be ferromagnetic (FM) with a magnetic moment of 2 µB per chromium atom, and this result does not depend on the number of monolayers n. As the FM rutile-CrO2 is unstable at ambient temperature, and known to be stabilized when on top of SnO2, we suggest that (CrO2)n(SnO2)n SLs may be applied to spintronic technologies since they provide efficient spin-polarized carriers. Spin-polarized electronic structure calculations were performed using the Projector-Augmented-Wave (PAW) method as implemented in the Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP), within the spin density functional theory in the local density approximation with generalized gradient corrections (GGA-PBE) and GGA- PBE+U, where U is the Hubbard correction.

As propriedades eletrônicas e estruturais de defeitos em bulk e superfície de semicondutores são estudadas através de cálculos de primeiros princípios. Apresentamos um estudo detalhado para as relaxações e distorções para diferentes estados de carga da vacância em Ge. Nosso principal resultado é que a vacância em Ge não é um sistema de U-negativo, ao contrário do Si. Nós estudamos a superfície Si(00l) e comparamos imagens de STM para estados vazios geradas teoricamente com imagens de experiências recentes de STM de alta resolução. Apresentamos também uma análise das possíveis configurações dímero de Ge sobre Si(00l) e uma comparação de imagens de STH geradas teoricamente com imagens experimentais recentes de estágio inicial de crescimento de Ge sobre Si(00l) na temperatura ambiente. Nós estudamos de­ feitos complexos em GaAs. Em particular, nós mostramos que o par de antiestrutura AsGa + GaAs pode existir em duas configurações, nn e nnn. Nossos resultados indicam que apesar da primeira estrutura ser mais favorável energeticamente ela apresenta uma barreira de recombinação relativamente menor, e consequentemente sua concentração é muito menor que a da estrutura nnn em experiências de irradiação seguida por annealing. Por último, nós apresentamos resultados da implementação do método de Monte Carlo Cinético para o estudo da difusão de As em Si baseada em resultados de primeiros princípios para as barreiras de migração. O principal objetivo é relacionar processos microscópicos com propriedades de grande escala, isto é alcançado com um certo grau de sucesso. The electronic and structural properties of defects in bulk and surface of semiconductor are studied through first principles method. We present a detailed study of the lattice and relaxation and distortions for different charge states for the vacancy in Ge. Our main result is that the vacancy is not a negative U system, contrary to Si. We studied the surface Si(001) and compared theoretically generated STM images for empty states with recent experimental high resolution STM images. We also presented an analysis of the possible configurations of Ge dimer on Si(001) and a comparison of the theoretically generated STM images with recent experimental ones for the initial stage of Ge growth on Si(OO1) at low temperature. We studied defect complexes in GaAs. In particular, we show that the anti-structure pair AsGa+GaAs can exist in two possible configurations, nn and nnn. Our results indicate that although the first. structure is more energetic favorable it presents a relatively low recombination barrier which implies that is concentration is much lower than the nnn anti-structure pair in irradiation experiments followed by annealing. Finally we present results for implementation of the Kinetic Monte Carlo method for studying the As diffusion in Si, based on first principles results for the migration barriers. The main purpose is to link microscopic processes to large scale properties, and this is achieved with a certain degree of success.

Utilizando a Teoria do Funcional da Densidade e uma Dinâmica Molecular Quântica que envolve o formalismo de pseudopotenciais de primeiros princípios, fizemos cálculos de energia total, estrutura atômica e eletrônica, e ligação química para o cristal perfeito e a superfície do GaAs e das fases cúbicas do BN, AlN, GaN e InN para determinar o papel da aproximação do gradiente generalizado (GGA) no funcional da energia de troca e correlação. Nossos cálculos mostram que o efeito combinado da correção não linear de caroço e da aproximação GGA é responsável por mudanças significativas nos parâmetros estruturais e na estrutura eletrônica das superfícies polares (001), independentemente da ionicidade do elemento estudado, mas não é decisivo para o cristal perfeito e para a superfície não polar (110). Nossos cálculos para a superfície (110) sugerem que o ângulo de rotação da ligação entre o cátion e o ânion que compõe a superfície é muito menor para os nitretos: em torno de '15 GRAUS' comparado com '30 GRAUS'^='2 GRAUS' observado para outros semicondutores III-V. Neste trabalho propomos um modelo com uma relação linear entre o deslocamento vertical do cátion e do ânion da camada superficial e o comprimento de ligação superficial após a relaxação para todos os semicondutores III-V e II-VI. Além disso, observamos que a superfície (110) de todos os compostos III-V e II-V apresentam estruturas eletrônicas muito similares. Também procedemos estudos detalhados da estrutura atômica e eletrônica das reconstruções (1x1), (2x2), c(2x2) e (1x4) terminadas em gálio da fase cúbica do GaN crescido na direção (001). Observamos que apenas a reconstrução (1x4) apresenta caráter semicondutor e que é a mais favorável do ponto de vista energético, com um ganho de 0,29 eV por célula unitária (1x1) quando comparada a reconstrução (1x1). A incorporação do nitrogênio em estruturas cristalinas foi inicialmente testada considerando a dissociação e posterior adsorção das moléculas 'NH IND. 3' e 'NF IND. 3' sobre a reconstrução (2x1) da superfície de silício crescida na direção (001). Nossos cálculos apontam que quando da adsorção, em ambos os casos, os dímeros de Si são simétricos e seu comprimento de ligação é maior do que o observado para a superfície livre. As estruturas eletrônicas obtidas indicam que a adsorção das moléculas de amônia e de trifluoreto de nitrogênio resultam na passivação da superfície de silício.

Usamos o método KKR para a obtenção dos níveis de energia e densidades de carga do ferro FCC (fase paramagnética). Observamos que gerando o potencial cristalino a partir de diferentes configurações atômicas, a carga dentro da esfera é a mesma e os níveis de energia também o são a menos de uma constante aditiva. Verificamos também que a carga dentro das esferas circunscrevendo os átomos é linear com o salto V(R) V BARRA IND. II do potencial na superfície das esferas, o que sugere importante simplificação no processo de auto-consistência. We use the KKR method to obtain the energy bands and the charge of the density of the paramagnetic fcc iron. We observe that self- consistent energy bands can be derived from different atomic configuration as long as the total charge inside the iron spheres is self-consistent. We observe also that the discontinuity of the potential VII V(R) at the spheres is linear with the charge in the spheres. This fact suggest a very simple method to make approximatively self-consistent band calculations.

Através do uso de pseudopotenciais e possível simplificarmos o calculo de estrutura eletrônica de átomos, moléculas ou sólidos, pois não ha necessidade de incluirmos os orbitais de caroço. Entretanto, tais pseudopotenciais ainda não foram utilizados em cálculos de espalhamento, havendo a necessidade de serem testados. Realizamos um estudo utilizando os pseudopotenciais de Bachelet, Hamann e Schluter em cálculos de espalhamento de elétrons por átomos, calculando phase shifts e seções de choque para momentos angulares 1=0, 1 e 2 com elétrons incidentes possuindo energia ate 5ry. Comparamos os resultados obtidos com o uso dos pseudopotenciais e do potencial de todos os elétrons, os quais se mostraram em ótimo acordo, existindo, porem, restrições na faixa de energia em que os cálculos podem ser realizados. Visamos, desta forma, simplificar o calculo de espalhamento por moléculas complexas. Pseudopotentials allow an extraordinary simplification in the calculation of the electronic structure of atoms, molecules and crystals. Though they have benn used extensively for electronic structure calculations, little is known of their applicability to scattering. We made a study of the pseudopotentials of Bacheket, Hamann and Schlüter in the electron scattering by atoms, calculating phase-shifts and cross sections for angular moments 1=0,1 and energy up to 5Ry. We compare the results for the pseudopotential with the all-electron calculation. The agreement is very good in a broad energy band. We aim at simplifying the calculation of scattering by complex molecules where an all-electron calculation is impossible.

Aplicamos a técnica da função de Green em conjunto com o modelo de força de valência para estudar algumas propriedades vibracionais de redes perturbadas. Apresentamos uma descrição teórica dos modos locais de vibração de vacâncias e anti-sítios em GaAs. Incluímos efeitos de relaxação simétrica para as vacâncias. Baseados em nossos resultados, podemos concluir que o modo vibracional respiratório medido em 227 cm-1 não é devido a vacância de arsênio, conforme fora anteriormente sugerido. Aplicamos o mesmo método para o estudo da variação de densidade de estados vibracionais da vacância em silício. Efeitos de relaxação simétrica e distorção tetragonal são incluídos. Tais resultados são aplicados ao cálculo da entropia de formação deste defeito em Si. A partir destes cálculos verificamos que a vacância pode ser o defeito nativo responsável pela alta entropia de auto-difusão obtida experimentalmente. Finalmente, empregamos o modelo de aglomerado molecular e o método de Hartree-Fock para estudar a estrutura eletrônica da vacância neutra em Si. Calculamos a energia total destes sistemas quando submetidos aos efeitos simultâneos de relaxação e distorção. Verificamos que este modelo fornece resultados equivalentes aos obtidos por métodos de função de Green autoconsistente para a relaxação e apresenta a vantagem adicional de conseguir calcular a energia de distorção. Discutimos as consequências destes resultados sobre a entropia de formação de vacância. The Green\'s-function technique within the framework of a valence-force field Hamiltonian has been used to study vibrational properties of intrinsic defects in gallium arsenide and silicon. This theoretical approach has been employed to predict the local vibrational modes for vacancies and antisites in GaAs. Symmetrical relaxation was included for vacancies. Our results indicate that the arsenjc vacancy can not explain the breathing mode recently found in 227 cm -1 by Raman studies. The same procedure has been applied to study the changes induced by an isolated vacancy to the local vibrational density of states in silicon. In order to treat the dangling bonds reconstruction, relaxation and tetragonal distortion effects have been included. These calculations have led to the formation entropy of a single vacancy in Si. It has been found that the single vacancy may play an important role in self-diffusion at high temperatures for this material. We also have performed cluster total-energy calculations to study relaxation and distortion around a silicon vacancy. These calculations were carried out under the Hartree-Fock approximation. Our results show that the cluster model, besides providing relaxation energies with the same accuracy of self consistent Green\'s-function method, has the additional advantage of calculating distortion energies. Consequences of these total-energy calculations on formation entropy of this defect have also discussed.

Neste trabalho, aplicamos pela primeira vez o método do Espalhamento Múltiplo Variacional (EMV) ao estudo de uma Iiga completamente desordenada. o método EMV leva a uma equação secular similar ao conhecido método ATA. Entretanto, a equação secular do EMV fornece um autovalor real da energia. Pelo uso de argumentos heurísticos, uma fórmula plausível é encontrada para a densidade de estados no espaço-k, e também para a variança do nível de energia. Consegue-se assim, um meio extremamente simpIes de cálculo da densidade de estados em energia. Estudamos a liga quaternária desordenada Ga IND.1-x In IND.x As IND.1-y P IND.y, com o mesmo parâmetro de rede que o InP. Seis composições representativas são investigadas. O potencial para a liga foi obtido por parametrização dos compostos puros GaAs e InP Para as composições estudadas, obtemos a banda de valência completa em todos os pontos de simetria, a banda de condução, e a densidade de estados em energia. O EMV prediz que as bandas \"3s\" do P e \"4s\" do As estarão separadas o suficiente, para que seja possível uma confirmação experimental. O método EMV é muito rápido em comparação com o ATA e com o CPA, e parece ser uma alternativa real em determinados cálculos. O principal problema encontrado, o ajuste de potencial, também ocorre com ATA e com CPA. Entretanto, a possibilidade do uso de células unitárias aumentadas e de introdução de ordem de curto alcance, podem fornecer um futuro promissor ao EMV. In this work, we apply for the first time the Variational Multiple-Scattering (VMS) method to the study of a completely random alloy. The VMS method leads to a secular equation quite similar to the well known ATA method. Nevertheless the VMS secular equation gives a real energy eigenvalue. Using heuristic arguments a very plausible formula was found for the k-space density of states and also for the energy level variance. This gives a quite simple way of calculation of the energy density of states. The case study is the quaternary random alloy Ga IND.1-x In IND.x As IND.1-y P IND.y lattice-matched to InP. Six representative compositions are investigated. The alloy potential was obtained by parametrization of GaAs and InP compounds. For these alloy compositions we obtain the complete valence band symmetric levels, the conduction band, and the energy density of states. The VMS predicts that the P \"3s\" band and the As \"4s\" band are quite separated, and this is amenable to experimental investigation. The VMS method is extremely fast when compared to ATA and CPA, and seems to be a very plausible alternative to them in some calculations. The main problem found, that is the potential adjustment, also occurs with ATA and CPA. However the possibility of use of large unit cells and introduction of short-range order may give a promising future to VMS.

Neste trabalho fizemos uma tentativa para melhorar a convergência do método APW convencional por meio de um parâmetro introduzido através de um principio variacional generalizado. Discutimos algumas consequências da expressão variacional estabelecida e fazemos a aplicação no modelo unidimensional Kroning - Penney. Estabelecemos certos critérios para a escolha do parâmetro que fornece a melhor convergência. Concluímos que a melhor escolha do parâmetro é aquele correspondente ao método APW convencional. In this work a variational parameter is introduced in the conventional APW method in order to improve it´s convergence. We discuss some consequences of the variational expression and also estabilish a criteria for the choice of the parametrer wich furnishes the best convergence. After making a test with the one dimensional Kroning - Penney model we conclude that the best choice among the possible values of the parameter corresponds to the conventional APW method.

Neste trabalho, utilizamos o desenvolvimento recente do método DFT/LDA-1/2 para cálculos de estados excitados em materiais. Começamos com um resumo da teoria do funcional da densidade (DFT) e incluímos uma introdução ao método LDA-1/2 para cálculos de excitações em sólidos. Na compilação dos resultados esperamos ter demonstrado a utilidade do LDA-1/2 para cálculos de alinhamentos de bandas em junções semicondutor/semicondutor e semicondutor/isolante. A aplicação do método envolve o conhecimento da química básica dos sistemas. Para tanto, escolhemos sistemas importantes para diversas aplicações, e cujos modelos de simulação estão o limite ou fora do alcance de metodologias que envolvem alto custo computacional, mas que foram bem caracterizados experimentalmente. Concentramos nossas ações no estudo da capacidade preditiva do LDA-1/2 para alinhamentos de bandas, os chamados band offsets, particularmente importantes para a micro e optoeletrônica. Quando não foi possível compararmos nossos resultados com o experimento, procuramos a comparação com métodos estado-da-arte como GW. Bons resultados foram obtidos para band gaps e band offsets de interfaces A1As/GaAs, Si/SiO2, A1N/GaN e CdSe/CdTe, que representam os diferentes tipos de jun_c~oes poss__veis, com (e.g. A1As/GaAs, A1N/GaN) e sem (e.g. Si/SiO2, CdSe/CdTe) ^anions omuns, com (e.g. A1As/GaAs) e sem (e.g. CdSe/CdTe, Si/SiO2) casamento de parâmetros de rede e diferentes tipos de alinhamentos (\"straddling\", e.g. A1As/GaAs ou \"staggered\"e.g. CdSe/CdTe). Analisamos de maneira sistemática o comportamento do entorno do bandgap ao longo da interface, verificando plano a plano atômico o comportamento das bordas de valência e condução com LDA-1/2 em comparação com o LDA, ou comparando diferentes modelos dentro do LDA-1/2, como o caso do CdSe/CdTe e do Si/SiO2. Para o caso A1As/GaAs, aproveitamos o casamento de parâmetros de rede dos semicondutores constituintes e tentamos um modelo de interface de ligas A1xGa1-x As/GaAs para estudar a variação de valência, condução e bandgap em função da composição x. No AlN/GaN, estudamos também os offsets com as contribuições dos orbitais separadamente. Em todos os casos o LDA-1/2 levou-nos a resultados interessantes com modelos simples. A exploração de novas fronteiras de aplicação do método fez-se necessária com a diminuição da dimensionalidade dos sistemas, de 3D (bulk ) para 2D (interfaces) e depois para 1D, ou seja, _os quânticos (\"nanofios\"). Nosso material de estudo para os foi o ZnO que, além da motivação oriunda de conhecidas aplicações em optoeletrônica, apresenta desafios para simulações bulk com qualquer método, e que foi abordado com certo sucesso usando o LDA-1/2 anteriormente, sendo que para fios quânticos encontramos resultados interessantes em geometrias triangulares que facilitaram os modelos. Calculamos o bandgap ZnO bulk e de nanofios passivados e não passivados com hidrogênios usando LDA e LDA-1/2 sem polarização de spin. As estruturas de bandas e o bandgap como função do diâmetro do ano_o foram calculados e ajustes com funções de decaimento foram feitos para comparação, por extrapolação, dos bandgaps com valores experimentais. Foi possível comparar nossos resultados de fios com o bulk, e predizer uma faixa de variaação de bandgaps que os experimentais podem encontrar para nanofios triangulares de ZnO. Também foi feita análise de energias de confinamento em fios quânticos de ZnO, comparando o LDA com LDA-1/2. Finalmente, mostramos os resultados de uma oportunidade de aplicação do método a um material com defeitos, recentemente descoberto e promissor, e com enorme mercado potencial em fotocatálise, o Ti1-O4N. Nosso trabalho envolveu a aplicação do LDA-1/2 a um problema muito desafiador, e.g. a geração de energia limpa, especificamente a separação da molécula de água para produção de hidrogênio. O desafio maior vem da dificuldade de predição de bandgaps teoricamente, em particular para sistemas grandes como é o caso de modelos atomísticos com defeitos, devido aos altos custos computacionais envolvidos. Tais dificuldades forçam os pesquisadores a usarem parâmetros ajustáveis ou métodos semi-empíricos, ou modelos simplificados demais para descrever precisamente resultados experimentais. Isto dificulta o estudo dos sistemas fotocatalíticos potencialmente eficientes e que não foram ainda caracterizados ou otimizados. O LDA-1/2 é aqui validado para esta classe de materiais, abrindo assim a oportunidade para estudar sistemas mais realísticos e complexos para cálculos ainda mais precisos, particularmente para geração de energia limpa. Em particular, modelamos o TiO2 na estrutura rutile com nitrogênio substitucional, cuja estrutura eletrônica é ainda debatida. Foi a primeira aplicação do LDA-1/2 a sistemas com algum tipo de defeito, com ótimos resultados para o novo sistema Ti1- _O4N com vacâncias de Ti. In this work, we used the recent development of DFT/LDA-1/2 method for calculations of excited states in materials. We begin with a summary of the density functional theory (DFT) and included an introduction to the method LDA-1/2 for calculations of excitations in solids. In compiling the results we hope to have demonstrated the usefulness of the LDA-1/2 for calculating alignments of bands at junctions semiconductor / semiconductor and semiconductor / insulator. The method involves the knowledge of basic chemical systems. To do this we chose systems important for several applications, and simulation models which are the limit or beyond the reach of methodologies involving high computational cost, but have been well characterized experimentally. We focus our actions in the study of the predictive capability of the LDA-1/2 for alignments of bands, the band called offsets, particularly important for micro and optoelectronics. When it was not possible to compare our results with experiment, we compared the methods with state of the art as GW. Good results were obtained for band gaps and band offsets of interfaces A1As/GaAs, Si/SiO2, A1N/GaN and CdSe / CdTe, which represent the different types of jun_c poss__veis-tions, with (eg A1As/GaAs, A1N/GaN) and without (eg Si/SiO2, CdSe / CdTe) ^ omuns anions with (eg A1As/GaAs) and without (eg CdSe / CdTe, Si/SiO2) matching network parameters and different types of alignments (\"straddling\" eg A1As/GaAs or \"staggered\" eg CdSe / CdTe). Systematically analyze the behavior of the environment along the interface bandgap, plane by plane scanning behavior of the edges atomic valence and conduction with LDA-half in comparison with LDA, or comparing templates within the LDA-1 / 2, as the case of CdSe / CdTe and Si/SiO2. For the case A1As/GaAs, we take the marriage of network parameters of semiconductor components and try an interface model alloys A1xGa1-x As / GaAs to study the variation of valence, conduction and bandgap as a function of composition x. In the AlN / GaN, we also studied the offsets with the contributions of the orbitals separately. In all cases the LDA-half led us to interesting results from simple models. The exploration of new frontiers of the method was necessary to decrease the dimensionality of the systems, the 3D (bulk) for 2D (interfaces) and then to 1D, ie, quantum _os (\"nanowires\"). Our study material for the ZnO was that, apart from the motivation coming from known applications in optoelectronics, presents challenges for bulk simulations with any method, and that was addressed with some success using the LDA-half earlier, and for wireless find interesting results in quantum triangular geometries that facilitated models. We calculate the bandgap and bulk ZnO nanowires passivated and not passivated with hydrogen using LDA and LDA-1/2 without spin polarization. The bandgap structures and strips as a function of the diameter of ano_o adjustments are calculated and decay functions for comparison were made by extrapolation of the bandgaps with experimental values. It was possible to compare our results with the bulk of wires, and predict a range of bandgaps that variaação can find experimental triangular ZnO nanowires. It was also made analysis of energy confinement in ZnO quantum wires, comparing LDA with LDA-1/2. Finally, we show the results of an opportunity to apply the method to a material with defects, newly discovered and promising, and with huge market potential in photocatalysis, the Ti1-O4N. Our work involved the application of LDA-1/2 to a very challenging problem, eg the generation of clean energy, specifically the separation of the water molecule for hydrogen production. The main challenge has been the difficulty of predicting bandgaps theoretically, in particular for large systems such as the model atomistic defects because of the high computational costs involved. These difficulties force the researchers to use adjustable parameters or semi-empirical methods, or other simplified models to accurately describe experimental results. This complicates the study of potentially efficient photocatalytic systems which have not yet been characterized or optimized. The LDA-1/2 is here validated for this class of materials, thus opening the opportunity to study more realistic and complex systems for more accurate calculations, particularly for clean energy generation. In particular, we modeled the structure of TiO2 in the rutile with substitutional nitrogen, whose electronic structure is still debated. It was the first application of the LDA-1/2 systems with some kind of defect, with excellent results for the new system Ti1-_O4N with Ti vacancies.

O silício é o material-base para a indústria de microeletrônica e tem acompanhado a evolução para a nanoeletrônica. Em várias aplicações é importante o processo de química molhada que prevê a presença de moléculas de água na superfície do semicondutor. Todavia, muito pouco ainda é conhecido, teórica e experimentalmente, sobre os mecanismos e as estruturas resultantes da reação da molécula de H2O sobre Si. Aqui, nós apresentamos nosso estudo da dissociação de uma molécula de água sobre as superfícies Si(100)(2x1) (superfície limpa) e Si(100)(2x1):H superfcie monohidrogenada). Nossos resultados foram obtidos com a Teoria do Funcional da Densidade (DFT), enquanto os caminhos de menor energia para a decomposição da molécula sobre a superfície foram obtidos com a metodologia denominada CI-NEB (Climbing Image - Nudging Elastic Band). Nossos resultados mostraram que a dissociação da molécula de água sobre a superfície limpa é independente do sítio de ataque à superf´cie e esta interação ocorre de maneira correlacionada. O produto HSiSiOH desta reação é estável, e a posterior decomposição ocorre via energia térmica. Neste caso, nós mostramos que a transferência do átomo de oxigênio para o dímero é energética e cineticamente favorável em relação à oxidação de sítios subsuperficiais. A superfície monohidrogenda mostra-se muito resistente ao ataque oxidativo. Constatamos que alguns processos oxidativos tem dependêencia com o sítio de ataque, enquanto outros são indiferentes se a interação ocorre em regiões de vale ou sobre a fileira de dímeros. Nossos resultados evidenciam que a rota de ataque sugerida pelos experimentais nao se mostrou cineticamente viável. Assim, nós propomos duas novas rotas oxidativas, uma relacionada à oxidação do dímero e outra de sítio de subsuperfície. Nós provamos que estas duas novas possibilidades são cinética e energéticamente viáveis. Finalmente, apresentamos uma análise das modificações do perfil de corrente de tunelamento (STM - Scanning Tunneling Microscopy) provocadas por estes defeitos. Deste modo, n´os esperamos que este trabalho possa ser uma motivação para a comprovação de nossos resultados. Silicon is the basic material for microeletronics industry, and for the recent developments in nano eletronics. In many applications, wet chemistry processing is important that is, with the presence of water molecules on the semiconductor surface. However, the reaction mechanism for the H2O molecule with Si, and the resulting structures, are still object of debate, from both theoretical and experimental points of view. Here, we present a detailed study of the dissociation of one water molecule on the surfaces Si (100) (2x1) (clean surface) and Si (100) (2x1): H ) monohydride, covering from the reaction evolution, to the characterization of the final surface. To do that, we use methodologies based on Density Functional Theory the reaction pathways for decomposition of the water molecule on the surface have been carried out with CI-NEB (climbing image nudging elastic band), and we used the Tersoff-Hamann model for surface characterization. Our results show that the water molecule dissociation on the clean surface is independent of the site of attack. The product of this reaction, H-Si-Si-OH unit, is stable and its subsequent decomposition occurs through thermal energy. We also find that the insertion of the oxygen atom a Si surface dimmer is energetically and kinetically favorable compared to absorption in the back-bond (subsurface) sites. Although hydrogenation cannot prevent oxidation of the surface, we can say that the passivation processes are efficient, since the monohydride surface is more resistant to attack by oxygen. In contrast with the clean surface, for this case, some oxidative process have dependency on the site of attack, while others are indifferent whether the interaction occurs in the valley or over the dimmer rows. Our results indicate that the oxidation route suggested by earlier experimental works is not favored. In this way, we propose two new oxidation routes, once related to chemisorption of the oxygen atom on the Si-Si dimmer bond, and another related to the absorption on the back bond, with simultaneous ejection of one H2 molecule. Analysis of energy barriers showed that these two new possibilities are both kinetically and energetically viable. We finally present analyses of the profiles of tunneling current, predicted by STM (Scanning Tunneling Microscopy) for oxygen incorporation in all studied structures. We hope to have contribuited to the understanding of the oxidation processes, and at the same time to motivate new experimental investigations

A proposta do trabalho e obter os valores dos níveis de energia do átomo de hélio ou de íons tipo hélio por meio de um hamiltoniano modelo que descreve os estados estacionários de um sistema de duas partículas de dirac em um centro coulombiano. A função de onda total e escrita como uma combinação de produtos diretos anti-simetrizados de bispinores similares as soluções para uma partícula. Parte dos espectros do átomo de hélio e do SI POT.12+ para os momentos angulares totais J = 0, 1, 2 (paridades par e ímpar, respectivamente) são obtidos. The helium and helium-like ions energy levels are evaluated using a Hamiltonian operator that describes the stationary states of two-DIRAC particles system in an external Coulomb field. The total wave function of the system is an anti-simmetrized combination of tensor products of bispinors, similar to the one-particle DIRAC solutions. The partial helium and 51 12+ spectra are obtained for the total angular momenta J = 0,1,2 (even and odd parities, respectively).

In this work we developed two real-time acquisition computer systems, for data acquisition in Electron Paramagnetic Ressonance Experiments. In both, a high degree of freedom was kept in the measuring instruments configuration and progrtamming, whiti the sim of making easy a future reassignment to other experimental technics to be installed in the laboratory. One of the systems is an improves version of the so called Passive Monitoribs System and was built in such a way that it can be used in conjunction with the normal operation mode of the spectrometer. The other system incorporates, in addition to the data acquisition facilities, an step motor based gear to drive the sweep of the magnetic field. Furthermore, a large program was also developed to facilitate the processing of the spectra and their transportation to other computers.

Correções relativísticas no método do espalhamento múltiplo Relativistic corrections in the multiple scattering method

O trabalho apresenta um modelo para a descrição autoconsistente da polarização de spin em sistemas atômicos, onde o elétron e tratado como uma partícula de Dirac. O Hamiltoniano de interação de muitas partículas utilizado é obtido via teoria de perturbação covariante até primeira ordem em , constante de estrutura fina, e até termos da ordem (v/c)2, onde v representa a velocidade das partículas. Tal Hamiltoniano é uma boa descrição para sistemas de elétrons interagentes até uma densidade de aproximadamente 10.26 elétrons/cm3. No trabalho procura-se descrever os estados de uma partícula como \"orbitais atômicos\" e para tanto aproximações adicionais fazem-se necessárias. Além disso, a aproximação local por um gás de elétrons livres no tratamento dos termos de \"exchange\" e utilizada. Como aplicação do modelo é feito o cálculo da estrutura de multipletos para alguns sistemas atômicos. Obtém-se, também, um pequeno desdobramento em átomos com camadas fechadas (gases nobres) devido às interações magnética e de retardamento. A relativistic, spin polarized, self-consistent, atomic system model is presented, the electrons being described as Dirac particles. The many-body interaction Hamiltonian used is correct until the orders and (v/c)2, with standing for the fine structure constant, v and c for the velocities of particles and light respectively. Such Hamiltonian may be used for the description of interacting electrons for densities lower than 10 26 electrons/cm3. The requirement for particles states as \"atomic orbitals\" implies some additional approximation. For exchange terms the local free electron gas approximation is used. As an application the multiplet structure for some atomic systems is presented. The model describes a break of degeneracy for closed shell atoms due to the magnetic and retarded interactions.

Pesquisa dos níveis de energia e orbitais do átomo de carbono a partir de um novo tratamento para as correlações coulombiana e estatística exchange Research of the energy levels and orbitals of the carbon atom from a new treatment for the Coulomb and statistical exchange correlations

Campo hiperfino de contacto dos elementos das series \'4P\' e \'4F\' (terras-raras) Hyperfine contact field of \'4P\' and \'4F\' series elements (rare-earths)

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:23:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01070.pdf: 2677585 bytes, checksum: 886f210d3f6431136fa09330d68b8fa2 (MD5) Dissertacao (Mestrado) IEA/D Faculdade de Filosofia Letras e Ciencias Humanas, Universidade de Sao Paulo - FFLCH/USP