ESTUDO TEÓRICO, ATRAVÉS DA TEORIA DO FUNCIONAL DA DENSIDADE, DAS PROPRIEDADES ÓPTICAS, ELETRÔNICAS E ESTRUTURAIS DO ALAS, DO TIPO FCC, VARIANDO A CONCENTRAÇÃO DA IMPUREZA TL

Résumé

Os novos materiais funcionais (assim chamados porque não se encontram na natureza,
sendo obtidos por tecnologias de engenharia de materiais) constituem um importante
ramo de pesquisa em ciência e engenharia de materiais por conta de sua aplicabilidade
na indústria. Dentre esses materiais, os do grupo III-V da tabela periódica são os que
têm mais se destacado, como por exemplo o Nitreto de Gálio (GaN). Esses materiais
possuem uma característica especial que os tornam interessantes para aplicações em
dispositivos optoeletrônicos: o gap.
O gap é uma das propriedades mais importantes nos semicondutores, porque determina
a transição eletrônica entre os estados de energia, que é mediada principalmente pela
radiação eletromagnética (Rezende, 2014). Assim, o controle do gap dos materiais
semicondutores permite a criação de dispositivos como os lasers, células fotovoltaicas,
detectores de radiação, entre outros. Um dos métodos utilizados para controlar o gap é
atraveś da introdução de impurezas no material, num processo chamado de dopagem,
em que há a inserção átomos de elementos diferentes daqueles que compõem a rede do
material. De acordo com estudos teóricos recentemente publicados Dantas et al. (2008)
e Silva et al. (2005), a inclusão de átomos de tálio (Tl) nesses materiais provoca a
diminuição do gap. Estudos teóricos conduzidos anteriormente pelos autores também
sugerem que a introdução de Tl em Arseneto de Alumínio (AlAs) provoca uma
diminuição do gap, além de outras modificações nas propriedades eletrônicas e
estruturais material. Dessa forma, isso o abre um novo campo de investigação no
subconjunto dos materiais III-V, pois a introdução de uma impureza, tal como Tl, pode
ser usada para controlar as propriedades desses materiais, tornando-os materiais
funcionais. O controle do gap, por exemplo, pode permitir que sejam fabricados
materiais cuja absorção de radiação possa variar, permitindo criar materiais com
diversas aplicabilidades apenas controlando a inclusão da impureza Tl.
Foram feitas simulações em computador de um cristal de AlAs dopado com Tl
usando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT), descrita por Hohenberg & Kohn
(1964) e por Kohn & Sham (1965), implementada no software WIEN2k por Blaha,
Schwarz et al. (2013), sendo possível calcular as propriedades de interesse, como
densidade de estados, gap óptico, a função dielétrica e as propriedades estruturais do
material.