Repositorio
Institucional

Aguilera-Granja, F.

Aguilera-del-Toro, R. H.

Vogel, E. E.

Structural and electronic properties of (TiO2)N nanowires: A density functional theory investigation

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS

en

We studied the structural, energetics, and electronic properties of free-standing (TiO2)(N) nano-wires with different cross sections. The DFT SIESTA code is used with the PBE form of the GGA to the exchange and correlation to relax the structures following standard protocols. The (TiO2)(N) nanowires considered are of two different forms: i) built by uniform linear superposition of regular blocks with different cross sections of Ti atoms (2, 3 and 4) based on the ground state cluster reported in the literature for (TiO2), ii) built by the superposition of any of the three basic following low-energy clusters recently reported in the literature: by Zheng-Wang, or by Aguilera-Granja, or by Salazar-Villanueva and their respective coworkers. Our results prove that in general prolate-like nanowires are stable in a variety of forms. This property allows us to define families according to their characteristics building blocks or cross sections along the direction of growth. All of these linearly grown objects are energetically stable and they could be essentially grown to any length. However, the electronic properties vary enormously among the different families and within the families the length of the particle serves as a modulating parameter to control their properties. In this way a variety of systems going from insulators to conductors with some intermediate semiconductor characters could be found. Their polarities also present changing properties which can be controlled by the geometrical parameters. All in all these tiny particles appear as systems that could be tuned to a desired electronic behavior by choosing the appropriate building block, direction of growth and length of the chain.

Estudiamos las propiedades estructurales, energéticas y electrónicas de nanocables de (TiO₂)(N) autoestables con diferentes secciones transversales. El código DFT SIESTA se utiliza con la forma PBE del GGA para el intercambio y la correlación a fin de relajar las estructuras siguiendo protocolos estándar. Los nanocables de (TiO₂)(N) considerados son de dos formas diferentes: i) construidos por superposición lineal uniforme de bloques regulares con diferentes secciones transversales de átomos de Ti (2, 3 y 4) con base en el cúmulo de estado fundamental reportado en la literatura para (TiO₂), ii) construidos por la superposición de cualquiera de los tres siguientes cúmulos básicos de baja energía reportados recientemente en la literatura: por Zheng-Wang, por Aguilera-Granja, o por Salazar-Villanueva y sus respectivos colaboradores. Nuestros resultados demuestran que, en general, los nanocables de tipo prolato son estables en diversas formas. Esta propiedad nos permite definir familias según sus bloques de construcción característicos o secciones transversales a lo largo de la dirección de crecimiento. Todos estos objetos de crecimiento lineal son energéticamente estables y podrían crecer esencialmente a cualquier longitud. Sin embargo, las propiedades electrónicas varían enormemente entre las diferentes familias, y dentro de ellas, la longitud de la partícula actúa como parámetro modulador para controlar sus propiedades. De esta manera, se puede encontrar una variedad de sistemas, desde aislantes hasta conductores con características semiconductoras intermedias. Sus polaridades también presentan propiedades cambiantes que pueden controlarse mediante parámetros geométricos. En resumen, estas diminutas partículas se presentan como sistemas que podrían ajustarse al comportamiento electrónico deseado mediante la elección del componente básico, la dirección de crecimiento y la longitud de la cadena adecuados.

Artículo original

Agradecemos los comentarios y las discusiones con el Prof. A. Vega y L.C. Balbas. R.H.A.T. agradece el apoyo financiero de CONACyT México, beca 415121, y el apoyo financiero de la Universidad de Valladolid. Se agradece el apoyo parcial de las siguientes fuentes chilenas: FONDECYT, contrato 1150019, y Financiamiento Basal para Centros Científicos y Tecnológicos de Excelencia (Chile), a través del Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnología (CEDENNA, contrato FB0807). También agradecemos a J. Limon por el apoyo computacional.

We acknowledge the comments and discussions with Prof. A. Vega and L.C. Balbas. R.H.A.T acknowledges financial support from CONACyT Mexico, scholarship 415121 and the financial support of the Universidad de Valladolid. Partial support from the following Chilean sources is acknowledged: FONDECYT under contract 1150019, and Financiamiento Basal para Centros Cientificos y Tecnologicos de Excelencia (Chile) through the Center for Development of Nanoscience and Nanotechnology (CEDENNA, Contract FB0807). We also acknowledge to J. Limon for computational support.

10.1016/j.jpcs.2018.03.043

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DFT calculations

Structure

Electronic, and energetic properties

Transition-metal clusters

Oxides

cálculos DFT

Estructura

Propiedades electrónicas y energéticas

Grupos de metales de transición

Óxidos

Chemistry, Multidisciplinary# Physics, Condensed Matter

DFT calculations

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Transition-metal clusters

Oxides

cálculos DFT

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Física de la Materia Condensada

Nanomateriales (Producción y Propiedades)

Nanoprocesos (Aplicaciones a nanoescala)

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WOS:000432765100022

Structural and electronic properties of (TiO2)N nanowires: A density functional theory investigation

Artículo original

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS

Química Multidisciplinaria

Física, Materia Condensada

0022-3697

en

CONACyT Mexico 415121

Universidad de Valladolid

ANID FONDECYT 1150019

CEDENNA FB0807

We acknowledge the comments and discussions with Prof. A. Vega and L.C. Balbas. R.H.A.T acknowledges financial support from CONACyT Mexico, scholarship 415121 and the financial support of the Universidad de Valladolid. Partial support from the following Chilean sources is acknowledged: FONDECYT under contract 1150019, and Financiamiento Basal para Centros Cientificos y Tecnologicos de Excelencia (Chile) through the Center for Development of Nanoscience and Nanotechnology (CEDENNA, Contract FB0807). We also acknowledge to J. Limon for computational support.

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CONACyT Mexico 415121#Universidad de Valladolid#ANID FONDECYT 1150019#CEDENNA FB0807