Carburo de silicio cristalino: estructuras ultra-delgadas
Sistema bidimen
Sistemas de baja dimensión en carburo de silicio: Del SiC cristalino al Silagrafeno
S. M. Yaro, JJ. Torres-Vega y C. V. Landauro Grupo de Investigación en Materia Condensada Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Círculo de Investigación e Innovación de Materiales Avanzados para la Industria y Biomedicina Círculo 2.
10 de octubre de 2016
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Índice Motivación
Carburo de silicio cristalino
Carburo de silicio cristalino: estructuras ultra-delgadas
1
Motivación
2
Carburo de silicio cristalino
3
Carburo de silicio cristalino: estructuras ultra-delgadas
4
Sistema bidimensional de SiC: silagrafeno
5
Conclusiones y perspectivas
Sistema bidimen
2 / 30
Índice
Motivación
Carburo de silicio cristalino
Carburo de silicio cristalino: estructuras ultra-delgadas
Sistema bidimen
Motivación
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Índice
Motivación
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Sistemas de baja dimensión
Estructuras basadas en Carbono: • Grafito (3D) • Grafeno (2D) • Nanotubos y
nanocintas (Q1D) • Fullereno de C60
(Q0D) A. K. Geim y K. S. Novoselov, Nature Materials 2007
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Índice
Motivación
Carburo de silicio cristalino
Carburo de silicio cristalino: estructuras ultra-delgadas
Sistema bidimen
Sistemas de baja dimensión en SiC Silagrafeno (2D) Politipos de carburo de silicio (3D)
Nanotubo de SiC (Q1D)
Burbujas de SiC (Q0D)
Patrice Meélinon, SiC Cage Like Based Materials (2011); Xuming Qin, J. Phys. Chem. Lett. (2015); Fenglei Cao, RSC Adv. (2012); M. B. Watkins, Phys. Chem. Chem. Phys. (2009). 5 / 30
Índice
Motivación
Carburo de silicio cristalino
Carburo de silicio cristalino: estructuras ultra-delgadas
Sistema bidimen
Sistemas de baja dimensión Efecto de la dimensión sobre la densidad de estados electrónico
Lorenzo Mino, J. Phys. D: Appl. Phys. 46 (2013) 423001
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Sistema bidimen
Carburo de silicio cristalino
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Estructura electrónica del Carburo de Silicio Politipo 3C-SiC
• Grupo de
simetría: F4¯3m • Parámetros
de red: a=4.350 Å
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Estructura electrónica del Carburo de Silicio Estructura de Bandas 3C-SiC
4 2 0 -2
Energia (eV)
-4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 W
L
Γ
Χ
W
K
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Índice Motivación
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Sistema bidimen
Estructura electrónica del Carburo de Silicio EF = -3.2676 eV Densidad de Estados vs Energia
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Estructura electrónica del Carburo de Silicio EF = -2.5766 eV
Densidad de Estados vs Energia 4H-SiC
DOS
2
2 Si
C 1
1
DOS
0 2
0 2 Orbital s
Orbital s
1
1
DOS
DOS
0 2
0 2 Orbital p
Orbital p 1
1
0 2
0 2 Orbital d
Orbital d 1 0 -12 -10 -8
1
-6 -4 -2 Energia (eV)
0
2
4
0 -12 -10 -8
-6 -4 -2 Energia (eV)
0
2
4
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Densidad Local de Estados 3C-SiC ELDOS = -4.13 eV 4 2 0 -2 -4 Energia (eV)
Índice Motivación
-6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 W
L
Γ
Χ
W
K
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Densidad Local de Estados 4H-SiC ELDOS = -4.00 eV 4 2 0 -2 -4 Energia (eV)
Índice Motivación
-6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 K
M
Γ
Κ
H
A
L M
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Índice Motivación
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Estructuras ultra-delgadas de Carburo de Silicio Densidad de Estados vs. Energia 3C-SiC EF = -3.27 eV
W = 1.5 nm
EF = -3.31 eV
W = 0.7 nm
EF = -3.42 eV
DOS
DOS
DOS
Solido
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4 -2 E-EF (eV)
0
2
4
6
8
10 19 / 30
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Estructuras ultra-delgadas de Carburo de Silicio Densidad Local de Estados (EF = -3.42 eV, W = 0.7 nm)
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Estructuras ultra-delgadas de Carburo de Silicio Densidad de Estados vs. Energia 4H-SiC EF = -2.58 eV
W = 2 nm
EF = -4.48 eV
W = 1 nm
EF = -4.81 eV
DOS
DOS
DOS
Solido
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4 -2 E-EF (eV)
0
2
4
6
8
10 21 / 30
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Sistema bidimen
Estructuras ultra-delgadas de Carburo de Silicio Densidad Local de Estados (EF = -4.81 eV, W = 1 nm)
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Sistema bidimensional de SiC: silagrafeno
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Estructura electrónica del Silagrafeno t1-SiC
• Grupo de
simetría: Pmmm • Parámetros
de red: a=3.109 Å b=5.541 Å
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Estructura electrónica del Silagrafeno Estructura de Bandas t1-SiC Densidad de Estados vs. Energia t1-SiC
5
3.0
4 3
EF = -2.55 eV
2.5
2.0
1 0
DOS
E- EF (eV)
2
1.5
-1 -2
1.0
-3 0.5
-4 -5 Χ
Γ
Υ
S
Χ
0.0 -5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0 1.0 E-EF (eV)
2.0
3.0
4.0
5.0
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Estructura electrónica del Silagrafeno EF = -2.5496 eV
Densidad de Estados vs Energia t1-SiC 1.5 Si_s Si_p C_s C_p
DOS
1.0
0.5
0.0 -5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0 1.0 E - E F (eV)
2.0
3.0
4.0
5.0 26 / 30
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Estructura electrónica del Silagrafeno Densidad Local de Estados (EF = -2.55 eV)
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Conclusiones y perspectivas
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Conclusiones y perspectivas • Los cálculos de DOS y la LDOS para los sistemas cristalinos
3C-SiC, 4H-SiC y Silagrafeno t1-SiC muestran la importancia de los ”orbitales p” en sus propiedades electrónicas. • La densidad de estados para capas ultrafinas de 3C-SiC indican
la formación de un pico de DOS entorno a la EF . • La densidad de estados para capas ultrafinas de 4H-SiC
indican la población del band gap. • El silagrafeno t1-SiC muestra una estructura de bandas similar
a los conos de Dirac. • Se profundizará el estudio de los sistemas de Carburo de Silicio
ultra-delgado y silagrafeno orientandonos al transporte electrónico. 29 / 30
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XXV Simposio Peruano de Física, del 10 al 14 de Octubre de 2016 Agradecimientos: Circulo de Investigación