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Tipo de Documento: Monografia
Título: Cálculo da massa efetiva dos portadores de carga dos sólidos cristalinos
Autor(es): Jesus, Joélito dos Santos de
Data do documento: 7-Fev-2024
Orientador: Lima, Adilmo Francisco de
Resumo: Neste trabalho, foram realizados cálculos para determinar a massa efetiva dos portadores de carga dos semicondutores GaAs e InP. Os cálculos foram realizados utilizando os métodos de cálculo de estrutura eletrônica baseados na Teoria do Funcional Densidade implementados no código computacional Elk. Para as energias de troca e correlação eletrônica foram utilizadas as aproximações do gradiente generalizado (GGA) e do potencial de troca modificado de Becke-Johnson (mBJ). Os objetivos desse trabalho são: (1) entender como pode ser calculada a massa efetiva dos portadores de carga usando as referidas metodologias de cálculo e (2) verificar se a implementação desses métodos para a determinação da massa efetiva no código computacional Elk é satisfatória. A escolha dos compostos GaAs e InP se deve ao fato de que a massa efetiva dos portadores de carga deles são bem documentadas na literatura, tanto do ponto de vista teórico-computacional como experimental. Inicialmente, foram determinadas as estruturas de bandas dos materiais das quais inferimos que eles possuem um band gap direto no ponto gama como previsto experimentalmente. A partir dessa avaliação, foram calculadas as massas efetivas dos portadores. Os resultados mostraram que a massa efetiva dos portadores de carga pode ser determinada com a mesma ordem de grandeza dos valores experimentais usando ambas as aproximações GGA e mBJ. Verificou-se que os resultados dos cálculos GGA são subestimados e os mBJ são superestimados em relação ao experimental. Esse comportamento também foi verificado em um trabalho anterior a este que realizou cálculos dos portadores de carga do GaAs e InP utilizando outro código computacional com método de estrutura eletrônica diferente do empregado neste trabalho. Por fim, verifica-se que a metodologia e a ferramenta computacional adotada neste trabalho são confiáveis para a determinação das massas efetivas dos portadores de carga dos sólidos cristalinos.
Abstract: In this work, calculations were performed to determine the effective mass of the charge carriers of the GaAs and InP semiconductors. The calculations were performed using electronic structure methods based on the Density Functional Theory implemented in the Elk computational code. For the exchange and correlation energy, the generalized gradient approximations (GGA) and the modified Becke-Johnson exchange potential (mBJ) were used. The objectives of this work are: (1) to understand how the effective mass of charge carriers can be calculated using the aforementioned calculation methodologies and (2) to verify whether the implementation of these methods to determine the effective mass in the Elk computational code is satisfactory. The choice of GaAs and InP compounds is due to the fact that the effective mass of their charge carriers is well documented in the literature, both from a theoretical-computational and experimental point of view. Initially, the band structures of the materials were determined from which we inferred that they have a direct band gap at the gamma point as predicted experimentally. From this evaluation, the effective masses of the carriers were determined. The calculations performed showed that the effective mass of the charge carriers can be determined in the same order of magnitude as the experimental result using both GGA and mBJ approximations. It was found that the GGA results are underestimated and the mBJ are overestimated in relation to the experimental one. This behavior was also verified in a previous work that carried out calculations of the GaAs and InP charge carriers using another computer code with an electronic structure method different from the one used in this work. Finally, it is verified that the methodology and the computational tool adopted in this work are reliable for the determination of the effective masses of the charge carriers of the crystalline solids.
Palavras-chave: Física
Ensino superior (UFS)
Cálculos baseados em DFT
Semicondutores
Estruturas de bandas
Massa efetiva
DFT calculations
Semiconductors
Electronic band
Effective mass
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Departamento: DFCI - Departamento de Física – Física – Itabaiana - Presencial
Citação: Jesus, Joélito Dos Santos de. Cálculo da massa efetiva dos portadores de carga dos sólidos cristalinos. Itabaiana, SE, 2022. Monografia (licenciatura em Física) – Departamento de Física, Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2022
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/19337
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