Propiedades estructurales y electrónicas de monocapas hexagonales de Si, Ge, GaN y GaAs. Un estudio ab initio

Abstract

El estudio de las nanoestructuras ha contribuido al avance de una ciencia interdisciplinar como es la nanotecnología. Entre estas, el grafeno se ha destacado en los últimos años por sus interesantes propiedades, en especial y de nuestro interés es la presencia de los conos de Dirac en la relación de dispersión electrónica. Este material es considerado parte fundamental en la innovación científica y tecnológica del futuro. En el presente trabajo se analizan sistemas con fase cristalográfica similar a la del grafeno, tales como monocapas hexagonales monoatómicas (Si, Ge) y diatómicas (GaAs, GaN), mediante un estudio teórico ab initio enmarcado en la Teoría del Funcional Densidad (DFT), implementado en el código SIESTA y en la aproximación de gradiente generalizado (GGA). Se reporta la estabilidad química, estructura y el parámetro de red, así como la relación de dispersión electrónica, la densidad de estados y la distribución de carga. Los resultados muestran la existencia de conos de Dirac asimétricos lateralmente en los sistemas monoatómicos. Se calcula la velocidad de fermi para electrones y huecos. Los sistemas diatómicos corresponden a semiconductores con una brecha de energía prohibida indirecta para el GaAs y directa para el GaN. / Abstract: The research on nanostructures has contributed to the development of nanotechnology as a interdisciplinary science. Among nanostructures, graphene has become attractive due to its interesting properties. In particularly, the existence of Dirac cones on the electronic dispersion relation. Graphene is considered as fundamental key for scientific and technological innovation in the future. In this work, we analyze graphene-like crystal systems, such as monatomic (Si, Ge) and diatomic (GaAs, GaN) hexagonal monolayers, using an ab initio theoretical approach in the framework of Density Functional Theory (DFT), into the SIESTA code with the Generalized Gradient Approximation. We report chemical stability, structure, lattice parameters, electronic dispersion relation, density of states and electronic charge distribution. Our results show laterally asymmetric Dirac cones for monoatomic systems.We calculate Fermi-velocity for electrons and holes. Also, we conclude that diatomic systems correspond to indirect gap semiconductors in the case of GaAs, and to a direct one in the case of GaN.