Publicación:
Un estudio teórico sobre los energéticos, propiedades estructurales y electrónicas de los sistemas binarios MX (M=B,Al; X=S) 2D hexagonales: a través de la DFT

Vista sencilla de ítem
dc.audience
dc.contributor.advisorOrtega López, Cesar
dc.contributor.advisorCasiano Jiménez, Gladys Rocío
dc.contributor.authorLara Martínez, Ronald Steven
dc.contributor.juryAlcalá Varilla, Luis
dc.contributor.juryDe la Espriella Vélez, Nicolás
dc.date.accessioned2024-02-01T13:23:41Z
dc.date.available2024-02-01T13:23:41Z
dc.date.issued2024-01-29
dc.description.abstractEn este trabajo, se hace un estudio de las propiedades estructurales (constante de red, longitudes de enlace, etc.) y electrónicas (a través de la densidad de estados -DOS- parciales y totales y la estructura de bandas electrónicas) de las monocapas MX (𝑀=𝐵,𝐴𝑙 𝑦 𝑋=𝑆), utilizando la geometría de la monocapa (GaS) en la fase hexagonal 2H. Los cálculos se realizaron utilizando la teoría del funcional de la densidad (Density Functional Theory: DFT) dentro de las aproximación de gradiente generalizado (Generalized Gradient Approximation: GGA) en la parametrización de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE), junto con pseudopotenciales atómicos ultrasuaves de Vanderbilt con electrones de valencia en los estados B(2s,2p), Al (3s,3p) y S(3s,3p) y una base de ondas planas, como se implementa en el paquete computacional Quantum-ESPRESSO (opEn-Source Package for Research in Electronic Structure, Simulation, and Optimization). Para dar cuenta de las fuerzas dispersivas de London o comúnmente conocida fuerzas de Van der Waals, se usan las correcciones de Grimme D2 Y D3 (o GGA+D2 Y GGA+D3). Las monocapas 2H-MX (gr. #187) se modelan teniendo en cuenta el esquema de slab periódico o terraza periódica. Una vez alcanzado los valores óptimos para el slab periódico (región de vacío, energía de corte para las funciones de onda, energía de corte para la densidad de carga y maya de punto k), se determinan las propiedades estructurales de las monocapas en estudio (constantes de red, longitudes de enlace, etc.), así como sus energéticos (energía de cohesión, energía de formación, energía de exfoliación y energía de enlace intercapa para los sistemas en volumen). Se encuentra que, los valores para la energía de formación de las monocapas 2H-BS y 2H-AlS, son -0.52 eV/átomo y -1.08 eV/átomo mediante GGA-PBE+D2, respectivamente. Así mismo, se encuentra que, los valores para las energías cohesión de las monocapas 2H-BS y 2H-AlS, son 16 -5.27 eV/átomo y -4.33 eV/átomo mediante GGA-PBE+D2, lo cual indica que, la monocapa 2H-BS es energéticamente favorable.
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameFísico(a)
dc.description.modalityTrabajos de Investigación y/o Extensión
dc.description.tableofcontents1. Resumen .................................................................................................. 15
dc.description.tableofcontents2. Introducción ............................................................................................. 17
dc.description.tableofcontents3. Marco teórico ........................................................................................... 19
dc.description.tableofcontents3.1. Problema general ................................................................................. 19
dc.description.tableofcontents3.2. Problema electrónico ............................................................................21
dc.description.tableofcontents3.3. Teoría del funcional de la densidad (DFT) ...........................................22
dc.description.tableofcontents3.4. La densidad electrónica y sus propiedades ....................................... 23
dc.description.tableofcontents3.4.1. Propiedades ..........................................................................................24
dc.description.tableofcontents3.5. Teoremas de Hohenberg-Khon ..............................................................25
dc.description.tableofcontents3.6. Método de Kohn-Sham ............................................................................26
dc.description.tableofcontents3.7. Aproximación para el funcional de correlación e intercambio ..........28
dc.description.tableofcontents3.7.1. Aproximación de la densidad local (LDA) ...........................................28
dc.description.tableofcontents3.7.2. Aproximación de gradiente generalizado (GGA) ...............................29
dc.description.tableofcontents3.8. Teoría de Pseudopotenciales ..................................................................30
dc.description.tableofcontents3.8.1. Pseudopotenciales que conservan la norma ....................................32
dc.description.tableofcontents3.8.2. Pseudopotenciales ultrasuaves ..........................................................33
dc.description.tableofcontents3.9. Dispersión..................................................................................................34
dc.description.tableofcontents3.9.1. Corrección D2/D3 Grimme.................................................................. 35
dc.description.tableofcontents4. Metodología y detalles computacionales .................................................38
dc.description.tableofcontents5. Resultados y análisis ....................................................................................40
dc.description.tableofcontents5.1. Monocalcogenuros metálicos MX ..........................................................40
dc.description.tableofcontents5.2. Propiedades estructurales de la monocapa 2H-BS .............................43
dc.description.tableofcontents5.2.1. Estabilidad energética y termodinámica de la monocapa 2H-BS ....45
dc.description.tableofcontents5.3. Propiedades electrónicas de la monocapa 2H-BS .................................48
dc.description.tableofcontents5.4. Propiedades estructurales de la monocapa 2H-AlS................................51
dc.description.tableofcontents5.4.1. Estabilidad energética y termodinámica de la monocapa 2H-AlS .....53
dc.description.tableofcontents5.5. Propiedades electrónicas de la monocapa 2H-AlS .................................56
dc.description.tableofcontents5.6. Energía de exfoliación y enlace intercapa para el compuesto MX ........59
dc.description.tableofcontents5.7. Comparación de las monocapas 2H-BS Y 2H-AlS .....................................64
dc.description.tableofcontents6. Conclusiones ..................................................................................................... 66
dc.description.tableofcontents7. Apéndice .............................................................................................................69
dc.description.tableofcontents7.1. Grupos espaciales ...........................................................................................69
dc.description.tableofcontents7.1.1. Grupo espacial 𝑷𝟔𝒎𝟐 (#187).......................................................................69
dc.description.tableofcontents7.1.2. Grupo espacial 𝑷𝟔𝟑/𝒎𝒎𝒄 (#194) ..............................................................70
dc.description.tableofcontents7.2. Optimización de los parámetros de control. .............................................71
dc.description.tableofcontents7.3. Optimización de la constante de red a, de las monocapas 2H-MX .......73
dc.description.tableofcontents8. Bibliografía ........................................................................................................75
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad de Córdoba
dc.identifier.reponameRepositorio Universidad de Córdoba
dc.identifier.repourlhttps://repositorio.unicordoba.edu.co
dc.identifier.urihttps://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/8174
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad de Córdoba
dc.publisher.facultyFacultad de Ciencias Básicas
dc.publisher.placeMontería, Córdoba, Colombia
dc.publisher.programFísica
dc.relation.references1. Novoselov , K., y otros. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. s.l. : Science , 2004. págs. 666-669. Vol. 306.
dc.relation.references2. Structural and electronic properties of monolayer group III monochalcogenides. Demirci , S., y otros. 2017, American Physical Society, Vol. 95, pág. 115409.
dc.relation.references3. Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs. Mannix, A., y otros. 6267, 2015, Science, Vol. 350, págs. 1513-1516.
dc.relation.references4. Semi-metallic Be5C2 monolayer global minimum with quasi-planar pentacoordinate carbons and negative Poisson’s ratio. Wang , Y., y otros. 11488, 2016, Nature Communications, Vol. 7.
dc.relation.references5. Tunable Magnetism and Half-Metallicity in Hole-Doped Monolayer GaSe. Cao, T., Li, Z. y Louie, S. 23, 2015, Phys. Rev. Lett., Vol. 114, pág. 236602.
dc.relation.references6. Topological Phase Transition in Layered GaS and GaSe. Zhu, Z., Cheng, Y. y Schwingenschl, U. 26, 2012, Phys. Rev. Lett., Vol. 108, pág. 266805.
dc.relation.references7. Two-dimensional Boron Monosulfides: Semiconducting and Metallic Polymorphs. Fan, D., y otros. 1803.03459, 2018, arXiv.
dc.relation.references8. Boron Monochalcogenides; Stable and Strong Two-Dimensional Wide Band-Gap Semiconductors. Mortazavi, B. y Rabczuk, T. 6, 2018, Energies, Vol. 11. 1996-1073.
dc.relation.references9. Two-dimensional boron monochalcogenide monolayer for thermoelectric material. Mishra, P., y otros. 5, 2020, Sustainable Energy Fuels, Vol. 4, págs. 2363-2369.
dc.relation.references10. Computational identification of efficient 2D Aluminium chalcogenides monolayers for optoelectronics and photocatalysts applications. Haman, Z., y otros. 0169-4332, 2021, Applied Surface Science, Vol. 556, pág. 149561.
dc.relation.references11. Zur Quantentheorie der Molekeln. Oppenheimer, R. y Born, M. 20, 1927, Annalen der Physik, Vol. 389, págs. 457-484.
dc.relation.references12. Adsorción de Ru sobre la superficie (0001) GaN y superredes hexagonales (0001)GaN/RuN (Tesis doctoral). Ortega, C. Bogotá : s.n., 2009, Universidad Nacional de Colombia.
dc.relation.references13. Inhomogeneous Electron Gas. Hohenberg, P. y Kohn, W. 3B, s.l. : American Physical Society, 1964, Phys. Rev., Vol. 136, págs. B864--B871.
dc.relation.references14. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects. Kohn, W. y Sham, L.J. 4A, s.l. : American Physical Society, 1965, Phys. Rev., Vol. 140, págs. A1133--A1138.
dc.relation.references15. Martin, R.M. Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods. s.l. : Cambridge University Press, 2004.
dc.relation.references16. Self-interaction correction to densityfunctional approximations for many-electron systems. Perdew, J.P. y Zunger, A. 10, 1981, Physical Review B, Vol. 23.
dc.relation.references17. Kohanoff, J. y Gidopoulos, N.I. Density functional theory: basics new trends and applications. Handbook of molecular physics and quantum chemistry. 2003, págs. 532-568.
dc.relation.references18. Generalized gradient approximation made simple. Perdew, J.P., Burke, K. y Ernzerhof, M. 18, 1996, Physical review letters, Vol. 77.
dc.relation.references19. Humanez, A. Nuevas aleaciones ternarias 2D basadas en di´oxidos de metales de transición (Tesis de maestría). Montería : s.n., 2020.
dc.relation.references20. Norm-conserving pseudopotential. Hamann, D.R., Schlüter, M. y Chiang, C. 20, 1979, Physical Review Letters, Vol. 43.
dc.relation.references21. Pseudopotentials that work: From H to Pu. . Bachelet, G.B., Hamann, D.R. y Schlüter, M. 8, 1982, Physical Review B, Vol. 26.
dc.relation.references22. Kohanoff, J. y Gidopoulos, N.I. Electronic structure calculations for solids and molecules: theory and computational methods. s.l. : Cambridge University Press, 2006.
dc.relation.references23. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism. Vanderbilt, D. 11, 1990, Physical review B, Vol. 41.
dc.relation.references24. Singh , D.J. y Nordstrom, L. Planewaves, Pseudopotentials, and the LAPW method. s.l. : Springer Science & Business Media, 2006.
dc.relation.references25. Density functional theory with London dispersion corrections. Grimme y Stefan. 2, 2011, WIREs Computational Molecular Science, Vol. 1, págs. 211-228.
dc.relation.references26. Semiempirical GGA-type density functional constructed with a long-range dispersion correction. Grimme y Stefan. 15, 2006, Journal of Computational Chemistry, Vol. 27, págs. 1787-1799.
dc.relation.references27. Chapter 6 - A Comprehensive Overview of the DFT-D3 London-Dispersion Correction. Goerigk , Lars. 978-0-12-809835-6, Elsevier, págs. 195-219.
dc.relation.references28. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum. Giannozzi, P., y otros. 39, 2009, Journal of Physics: Condensed Matter, Vol. 21, pág. 395502.
dc.relation.references29. Electronic energy minimisation with ultrasoft pseudopotentials. Hasnip, P.J. y Pickard, C.J. 1, 2006, Computer Physics Communications, Vol. 174. 0010-4655.
dc.relation.references30. High-precision sampling for Brillouin-zone integration in metals. Methfesse, M. y Paxton, A.T. 0, 1989, Phys. Rev. B, Vol. 40, págs. 3616--3621.
dc.relation.references31. Improved tetrahedron method for Brillouin-zone integrations. Blöchl, P., Jepsen, O. y Andersen, O. 0, 1994, Phys. Rev. B, Vol. 49, págs. 16223--16233. 23.31. Improved tetrahedron method for Brillouin-zone integrations. Blöchl, P., Jepsen, O. y Andersen, O. 0, 1994, Phys. Rev. B, Vol. 49, págs. 16223--16233. 23.
dc.relation.references32. Synthesis and emerging properties of 2D layered III–VI metal chalcogenides. Cai, H., y otros. 4, 2019, Applied Physics Reviews, Vol. 6, pág. 041312. 1931-9401.
dc.relation.references33. Spin splitting in 2D monochalcogenide semiconductor. Do, D., Mahanti, S. y Lai, C. 1, 2015, Scientific Reports, Vol. 5. 2045-2322.
dc.relation.references34. Ballistic thermoelectric transport properties of two-dimensional group III-VI monolayers. Çınar, M., y otros. 16, 2021, Phys. Rev. B, Vol. 103, pág. 165422. 16.
dc.relation.references35. Highly Responsive Ultrathin GaS Nanosheet Photodetectors on Rigid and Flexible Substrates. PingAn, H., y otros. 4, 2013, Nano Letters, Vol. 13. 1530-6984.
dc.relation.references36. A study via density functional theory calculations of transition metal diselenide monolayers. Daguer, S., De La Espriella, N. y Ortega, C. 2021, IOP Publishing, Vol. 2046, pág. 012037.
dc.relation.references37. Semi-metallic Be5C2 monolayer global minimum with quasi-planar pentacoordinate carbons and negative Poisson’s ratio. Wang, Y., y otros. 1, 2016, Nature Communications, Vol. 7, pág. 11488. 2041-1723.
dc.relation.references38. Comparative study of structural, electronic, optical and thermoelectric properties of GaS bulk and monolayer. Hoat, D.M. 6, s.l. : Taylor & Francis, 2019, Philosophical Magazine, Vol. 99, págs. 736-751.
dc.relation.references39. Electron Deformation Density in Rhombohedral α‐Boron. Will, G. y Bodo, K. 2001, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Vol. 627, págs. 2100 - 2104.
dc.relation.references40. Stability of sulfur molecules and insights into sulfur allotropy. Fedyaeva, M., Lepeshkin, S. y Oganov, A. 13, 2023, Phys. Chem. Chem. Phys., Vol. 25, págs. 9294-9299.
dc.relation.references41. Theoretical insights into tunable electronic and optical properties of Janus Al2SSe monolayer through strain and electric field. Nhan, L.C., y otros. 2021, Optik, Vol. 238, pág. 166761. 0030-4026.
dc.relation.references42. Thermoelectric Performance of Two-Dimensional AlX (X = S, Se, Te): A First-Principles-Based Transport Study. Chen, X., y otros. 18, 2019, ACS Omega, Vol. 4, págs. 17773-17781.
dc.relation.references43. Computational identification of efficient 2D Aluminium chalcogenides monolayers for optoelectronics and photocatalysts applications. Haman, Z., y otros. 2021, Applied Surface Science, Vol. 556, pág. 149561. 0169-4332.
dc.relation.references44. Data retrieved from the Materials Project for Al (mp-134) from database version v2023.11.1.
dc.relation.references45. Evaluating the exfoliation of two-dimensional materials with a Green's function surface model. An, Y., y otros. 6, 2020, Phys. Rev. B, Vol. 101, pág. 075416. 7.
dc.relation.references46. A Rigorous Method of Calculating Exfoliation Energies from First Principles. Jung, J., Park, C. y Ihm, J. 5, 2018, Nano Letters, Vol. 18, págs. 2759-2765.
dc.relation.references47. Density functional theory prediction for oxidation and exfoliation of graphite to graphene. Rasuli, Reza y Iraji zad, Azam. 24, 2010, Applied Surface Science, Vol. 256, págs. 7596-7599. 0169-4332.
dc.relation.references48. Intrinsic ferromagnetism and quantum anomalous Hall effect in a CoBr2 monolayer. Chen, P., Zou, J. y Liu, B. 21, 2017, Phys. Chem. Chem. Phys., Vol. 19, págs. 13432-13437.
dc.relation.references49. First-principles investigation of two-dimensional trichalcogenide and sesquichalcogenide monolayers. Debbichi, L., Kim, T. y Eriksson, L. 24, 2016, Phys. Rev. B, Vol. 93, pág. 245307.
dc.relation.references50. van der Waals Bonding in Layered Compounds from Advanced Density-Functional First-Principles Calculations. Björkman, T., y otros. 5, Phys. Rev. Lett., Vol. 108, pág. 235502.
dc.relation.references51. High-throughput electronic band structure calculations: Challenges and tools. Setyawan, W. y Curtarolo, S. 2, 2010, Computational Materials Science, Vol. 49, págs. 299-312. 0927-0256.
dc.relation.references52. XCrySDen—a new program for displaying crystalline structures and electron densities. Kokalj, Anton. 3, 1999, Journal of Molecular Graphics and Modelling, Vol. 17, págs. 176-179. 1093-3263.
dc.rightsCopyright Universidad de Córdoba, 2024
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.keywords2H-MX
dc.subject.keywordsGGA(PBE)+(D2 & D3)
dc.subject.keywordsCOHESIVE ENERGY
dc.subject.keywordsFORMATION ENERGY
dc.subject.keywordsEXFOLIATION ENERGY
dc.subject.keywordsINTERLAYER BINDING ENERGY
dc.subject.proposal2H-MX
dc.subject.proposalDFT
dc.subject.proposalGGA(PBE)+(D2 & D3)
dc.subject.proposalENERGÍA DE COHESIÓN
dc.subject.proposalENERGÍA DE FORMACIÓN
dc.subject.proposalENERGÍA DE EXFOLIACIÓN
dc.subject.proposalENERGÍA DE ENLACE INTERCAPA
dc.titleUn estudio teórico sobre los energéticos, propiedades estructurales y electrónicas de los sistemas binarios MX (M=B,Al; X=S) 2D hexagonales: a través de la DFT
dc.typeTrabajo de grado - Pregrado
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
dc.type.contentText
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dspace.entity.typePublication
Archivos
Bloque original
Mostrando 1 - 2 de 2
Miniatura
Nombre:
Lara Martínez Ronald Steven.pdf
Tamaño:
2.17 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descargar
No hay miniatura disponible
Nombre:
AutorizaciónPublicación.pdf
Tamaño:
547.78 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descargar
Bloque de licencias
Mostrando 1 - 1 de 1
No hay miniatura disponible
Nombre:
license.txt
Tamaño:
15.18 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descripción:
Descargar
Colecciones
B.E.A. Trabajos de Investigación y/o Extensión