Novas Fases de Carbono - Abordagem Computacional

Métodos teóricos são utilizados para estudar propriedades de novos materiais à base de carbono. Aplicamos o método ab initio baseado na Teoria de Funcional da Densidade, o método Tight-Binding e métodos semi-empíricos para determinar as propriedades eletrônicas de algumas formas de cubanos e oligômeros; radialenos, radialenos expandidos e finalmente das estruturas planas (2D) baseadas nos radialenos. Em relação aos cubanos, observamos que os oligômeros saturados têm o maior gap e o menor calor de formação comparando com os insaturados. Tanto para oligômeros saturados, quanto para insaturados (com grupos NH2 e NO2 ligados nas extremidades das cadeias), o HOMO está localizada no grupo amino e no cubo vizinho e o LUMO está localizada no grupo nitro e também no cubo vizinho. Esta distribuição dos orbitais HOMO e LUMO facilita a transferência de carga elétrica entre as extremidades da cadeia. Investigando a serie dos radialenos, podemos ver que o calor de formação relativo ao átomo de carbono está diminuindo quando o perímetro de molécula está aumentando. Isso indica que o sistema torna-se mais estável. Além disso, a estabilidade está aumentando quando o sistema molecular vira-se um anion. Este resultado mostra que radialenos expandidos podem ser reduzidos eletroquimicamente, podendo ser utilizados como precursores de novas estruturas na escala nanométrica, tais como nanotubos e planos. Para planos finitos mostramos que a dopagem do átomo Si diminui a energia do gap, mas a presença do átomo N ou P o aumenta quando comparado com estruturas puramente carbônicos. As redes bidimensionais favorecem a delocalização eletrônica em orbitais π estendidos ao longo das estruturas, aumentando a mobilidade eletrônica. Este efeito pode ser observado para as redes de carbono, inclusive na presença dos átomos de impureza, tornando-se mais intenso para as redes infinitas (e para os nanotubos) à base de radialenos expandidos. Os últimos possuem propriedades metálicas, indicando possíveis aplicações em nanotecnologia.