Theoretical characterization in the functionalization and design of low dimensional systems: carbon transition metal nanostructures and phosphorene isoelectronic compounds

Abstract

El trabajo de esta tesis consiste en el estudio teórico mediante cálculos computacionalesbasados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) de las propiedades electrónicas ymagnéticas de nanomateriales. Dentro de los nanomateriales destaca el grafeno, unmaterial bidimensional constituido por una red hexagonal de átomos de carbono. Se haestudiado el efecto que tiene en las propiedades electrónicas y magnéticas el dopado degrafeno con impurezas sustitucionales de metales de transición, así como el enlace entreagregados metálicos de cobalto y grafeno.La interacción entre metales de transición y átomos de carbono en una red hexagonal tipografeno se da también en los hidrocarburos aromáticos policíclicos. En esta tesis hemosestudiado esta interacción para el circumcoronene, compuesto por 19 anillos aromáticos,con átomos y agregados pequeños de cobalto. De igual manera se ha estudiado lainteracción de los metales de transición manganeso, cobalto y níquel con moléculas debenceno, la unidad más pequeña con un hexágono de carbonos, dando lugar aestructuras con el agregado metálico recubierto por los bencenos. En estas estructurashemos encontrado comportamientos novedosos como distancias ultracortas de 1.8 A parael enlace manganeso-manganeso, soluciones magnéticas no colineales para el caso delcobalto, o cambios en el eje fácil de magnetización para el caso del níquel.Por otro lado, hoy en día se trata de encontrar nuevos materiales bidimensionalessiguiendo el camino marcado por el grafeno o más recientemente por una capa de fósforonegro. En esta tesis estudiamos dos nuevos materiales isoelectrónicos (con el mismonúmero de electrones de valencia) al fósforo negro, silicio azufre y carbono azufre,caracterizando diferentes nanoestructuras como monocapas, películas delgadas ycadenas. Encontramos fases semiconductoras y metálicas estables a temperaturaambiente que podrían ser utilizadas para aplicaciones en el futuro.