Interacción de átomos o moléculas con sistemas bidimensionales hexagonales. Un estudio DFT (2019)
El avance en los últimos años de la nanociencia y la nanotecnología ha sido posible en gran parte por las investigaciones entorno a las propiedades físicas y químicas de los nanomateriales y su interacción con agentes externos como átomos, moléculas y otras nanoestructuras. Uno de los materiales pioneros en el desarrollo de esta ciencia multidisciplinar es el grafeno el cual es un componente laminar de la estructura del grafito. Debido a sus propiedades y escala nanométrica podría ser utilizado en el diseño y construcción de dispositivos electrónicos entre otras aplicaciones tecnológicas. En el presente trabajo se estudia el grafeno y sistemas con geometría similar; monocapas hexagonales monoatómicas como el siliceno y germaneno y monocapas diatómicas compuestos de arseniuro de galio y nitruro de galio; con el interés de comprender desde la física las propiedades electrónicas de estos sistemas cuando interactúan con átomos como aluminio (Al), plomo (Pb), arsénico (As), mercurio (Hg) y moléculas de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2) o cianuro hidrogenado (HCN). En el estudio teórico de estos sistemas átomo-monocapa y molécula-monocapa se ha utilizado la Teoría del Funcional de la Densidad en las Aproximaciones de Densidad Local (LDA), Gradiente Generalizado (GGA) e incluyendo interacciones de van der Waals (vdW), a fin de evaluar pseudopotenciales, energías de cohesión, relaciones de dispersión electrónica, densidad de estados, energías de adsorción y transferencia de carga. El proceso de optimización del pseudopotencial es de vital importancia para poder describir el comportamiento atómico en diferentes entornos químicos. Al evaluar diferentes configuraciones electrónicas y radios de corte para construir una serie de pseudopotenciales, se encuentra que algunos de estos calculan muy bien el parámetro de red, pero generan grandes errores en la energía de cohesión. Con los pseudopotenciales optimizados se procede a encontrar las relaciones de dispersión electrónicas para las monocapas hexagonales monoatómicas en donde se evidencian los conos de Dirac, mientras en los sistemas bidimensionales diatómicas se encuentran brechas de energía indirectas. En el caso de las interacciones con los átomos y las mol éculas se observan pozos de potencial con profundidades dependientes del sitio de interacción sobre la monocapa y la orientación relativa de las moléculas respecto a la monocapa. En este proceso es posible establecer la transferencia de carga electrónica de los átomos y las moléculas hacia el sistema bidimensional y viceversa, mediante el análisis de las poblaciones de Mulliken.