Diseño de nanomateriales carbonosos para espintrónica

Abstract

Dentro de la nanotecnología, la espintrónica y la electrónica molecular han acaparado la atención de la comunidad científica en los últimos tiempos, y han sido acogidas en el área de la nanotecnología. Cambios drásticos en el comportamiento físico de los dispositivos se explican por los fenómenos de ´ındole cuántico que comienzan a manifestarse por lo reducido del tamaño de los materiales. Esto definitivamente llama a la búsqueda de alternativas nuevas y mejores, que ofrezcan propiedades que aseguren un crecimiento sostenido de estas tecnologías a través de la innovación. La espintrónica es la rama de la nanotecnología que explota el espín electrónico por sobre la carga electrónica. En este sentido muchas moléculas, pol´ımeros y nanoestructuras que poseen propiedades electrónicas y magnéticas interesantes se posicionan de gran forma ante posibles aplicaciones tales como: almacenamiento de informaci´on de alta densidad, c´omputo cu´antico, sistema de memoria no volátil, sensores magnéticos, válvulas de espín, filtros de espín, transistores moleculares, etc. La necesidad de diseñar, estudiar y preparar nuevos dispositivos, eficientes y de viable preparación en condiciones accesibles, requiere el trabajo de investigación en el tipo de materiales en los que se han verificado condiciones para desarrollarlos. Dentro de las más interesantes se encuentran: nanotubos de carbono, nanocintas de carbono, fulerenos y el grafeno. Todos ellos han mostrado propiedades muy interesantes hasta el momento, demostrando un potencial uso en campos como: energ´ıa, electrónica y magnetismo; y varios de ellos incorporados ya en productos tecnológicos. En esta tesis se desarrollaron cálculos de simulación computacional basados en la Teoría del Funcional de la Densidad para analizar dos sistemas carbonosos: el grafeno y las nanocintas de carbono. Estas nanoestructuras carbonosas fueron modificadas qu´ımicamente mediante dopado con elementos metálicos como hierro y níquel; y elementos no metálicos como boro, oxígeno, nitrógeno y monóxido de carbono. Se ensayaron diferentes porcentajes de dopado, mediante uso de diferentes superceldas, lo que permitió entender el efecto de dilución del dopante en los mismos. En el caso de las nanocintas, se ensayaron diferentes tipos de dopado, en región central y borde, generando efectos magnéticos interesantes. Finalmente se analizaron las consecuencias vi estructurales y mecánicas del dopado en borde en nanocintas de carbono, en las que se evidenció un mecanismo electrónico complejo que explica la variación en la dureza de las nanocintas en función del cambio en la estructura electrónica producido por el dopado en borde. Como resultado de este trabajo se ha evidenciado el efecto de dopantes metálicos y no metálicos en grafeno y nanocintas de carbono.