Influência de contaminantes atômicos nas propriedades eletrônicas de monocamadas de Dibrometo de Titânio na fase 2h

Abstract

Desde a síntese experimental do grafeno em 2004, a pesquisa sobre materiais bidimensionais (2D) tem crescido consideravelmente. Dentre os materiais 2D mais estudados estão os dicalcogenetos de metais de transição (TMDCs), especialmente na fase 2H, como MoS2 e WS2, que apresentam efeitos excitônicos e de física de vale que possibilita aplicações em nanoeletrônica, fotônica, spintrônica e computação quântica. Nos últimos anos, os dihaletos de metais de transição (TMDHs) surgiram como uma nova classe de materiais 2D estruturalmente similares aos TMDCs, porém há poucos estudos sobre. Os estudos recentes mostram que monocamadas baseadas em metais do grupo IV, podem apresentar estabilidade termodinâmica, propriedades eletrônicas moduláveis, e efeitos excitônicos e de acoplamento spin–órbita, interessantes e promissores. No entanto, estudos envolvendo a modificação eletrônica desses materiais por meio de defeitos estruturais e funcionalização superficial ainda são pouco explorados. Neste trabalho, realizamos um estudo sistemático da monocamada 2H-TiBr2 funcionalizada com átomos adsorvidos (adatoms) (H, C, N e O), considerando tanto a folha pristina (TiBr2 pri) quanto uma versão com mono vacância de bromo (TiBr2 vac). Utilizando cálculos baseados na teoria do funcional da densidade (DFT), investigamos a estabilidade estrutural, as energias de adsorção, os efeitos eletrônicos e a redistribuição de carga induzida pela adsorção. Na superfície pristina, os adatoms são fracamente adsorvidos por fisissorção, com energias de adsorção inferiores a - 1 eV, acomodando-se preferencialmente nos sítios top (C), bridge (O) e hollow (H e N). Por outro lado, a presença de uma vacância de Br promove quimissorção forte dos mesmos adatoms, com energias de adsorção variando entre -3,5 e -8,7 eV, além de provocar mudanças significativas na rede cristalina local. A análise da estrutura de bandas e da densidade de estados projetada (PDOS) evidencia o surgimento de estados intermediários no gap, indicando uma modificação relevante na estrutura eletrônica do material. A análise de carga de Bader revela transferências de carga relevantes da monocamada para os adatoms, especialmente no caso do oxigênio. Esses resultados mostram que a combinação entre defeitos pontuais e adsorção atômica são eficientes para a modificação das propriedades eletrônicas e estruturais da monocamada de TiBr2 viabilizando manipulações. Essa engenharia pode ser explorada no desenvolvimento de dispositivos baseados em efeitos de vale, sensores químicos de alta seletividade, e catalisadores para reações eletronicamente moduladas.