Thesis:

Propiedades optoelectrónicas de nanodiscos y nanoconos de carbono

Los nanoconos de carbono son estructuras observadas por primera vez en las terminaciones de nanotubos, presentando ápices similares a la superficie de fullerenos. Actualmente existen procesos industriales que pueden generar mezclas de nanodiscos y nanoconos. En esta tesis se presenta un estudio teórico de las propiedades electrónicas y ópticas de nanodiscos y nanoconos de carbono monocapa, dentro del esquema de enlace fuerte. El patrón espacial de la densidad local de estados no es homogéneo y, en función de la energía, exhibe los elementos de simetría, las condiciones de borde y la presencia de defectos topológicos en la estructura. En los nanodiscos, sus átomos no exhiben desviaciones significativas de la neutralidad eléctrica; en cambio, los nanoconos alojan carga negativa en los defectos apicales y positiva en los bordes zigzag. La carga se puede redistribuir en presencia de un campo eléctrico externo, pero las desviaciones más significativas ocurren en el borde y en el ápice. El espectro de absorción es dependiente de la polarización de la radiación electromagnética y de la abertura angular del cono. Cuando la polarización es paralela al eje del cono, las transiciones de baja energía están suprimidas debido a la naturaleza de los estados en torno al nivel de Fermi. Se muestra que el espectro de absorción es fuertemente afectado por la presencia de un campo eléctrico. En la región infrarroja aparece una resonancia modulada por el campo, mientras que el peak de absorción para transiciones entre las energías de las singularidades de Van Hove se suaviza en la medida que la intensidad del campo aumenta

Carbon nanocones are structures first observed at the ends of nanotubes, exhibiting apices similar to the surface of fullerenes. Currently, industrial processes exist that can generate mixtures of nanodiscs and nanocones. This thesis presents a theoretical study of the electronic and optical properties of monolayer carbon nanodiscs and nanocones within the framework of strong bonding. The spatial pattern of the local density of states is not homogeneous and, as a function of energy, exhibits symmetry elements, boundary conditions, and the presence of topological defects in the structure. In nanodiscs, the atoms do not exhibit significant deviations from electrical neutrality; in contrast, nanocones host negative charge at apical defects and positive charge at zigzag edges. The charge can be redistributed in the presence of an external electric field, but the most significant deviations occur at the edge and apex. The absorption spectrum depends on the polarization of the electromagnetic radiation and the angular aperture of the cone. When the polarization is parallel to the cone's axis, low-energy transitions are suppressed due to the nature of the states around the Fermi level. The absorption spectrum is shown to be strongly affected by the presence of an electric field. A field-modulated resonance appears in the infrared region, while the absorption peak for transitions between the energies of the Van Hove singularities is smoothed out as the field strength increases.