Electronic Properties of Single-layer In2 Se3: from Photocatalysis to Non-trivial Band Topology.

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dc.contributor.advisor1Scopel, Wanderla Luis
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000220918121
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1465127043013658
dc.contributor.authorProcopio, Erik Fissicaro
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000000296190667
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/
dc.contributor.referee1Caetano, Edson Passamani
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000000213102749
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9401385573887851
dc.contributor.referee2Souza, Angelo Malachias de
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-8703-4283
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8428074335454256
dc.contributor.referee3Amorim, Rodrigo Garcia
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-9611-8772
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/0616474769970457
dc.date.accessioned2024-05-30T00:54:38Z
dc.date.available2024-05-30T00:54:38Z
dc.date.issued2022-09-02
dc.description.abstractIn this thesis, the potential applicability of single layers of ferroelectric α-In2Se3 in photocatalytic hydrogen gas generation, via band gap engineering, and a topological phase transition induced by oxygen incorporation are explored via ab initio calculations, based on Density Functional Theory (DFT). For pristine In2Se3, our results indicate that via band gap engineering, under certain pH levels, the band alignment favors the use of this material in photocatalytic activity in water-splitting processes. Furthermore, motivated by recent research related to topological phase transitions in 2D materials by strain engineering and surface oxygen incorporation, a systematic study of the latter was employed to evaluate the possibility of such transition in this system. A handful of oxygen sources were used to determine if such reaction would occur: O2 molecules (triplet and singlet spin states), H2O molecules and atomic oxygen. Our ndings suggest that adsorption only occurs for singlet O2 and atomic oxygen. Moreover, total energy analysis for these sources indicate that there is no apparent active Se surface site selectivity, i.e., the adsorption might happen uniformly. The newly formed α-In2Se3O layer was shown to present non-trivial band topology which was then modulated by an external applied electric eld, highlighting a field-effect switching of the topological order.
dc.description.resumoNesta tese foram exploradas a aplicabilidade de monocamadas do material ferroelétrico α-In2Se3 na geração fotocatalítica de gás hidrogênio, através de engenharia de band gap, e a transição de fase topológica a partir da oxigenação do material via cálculos ab initio, baseados na Teoria do Funcional Densidade (DFT). Para In2Se3 pristino, nossos resultados indicam que, através da engenharia de band gap, sob certos níveis de pH, o alinhamento de bandas favorece o uso deste material para atividade fotocatalítica em processos de separação de água. Além disso, motivados por pesquisas recentes relacionadas a transições de fase topológicas em materiais 2D, por engenharia de tensões e incorporação de oxigênio superficial, um estudo sistemático foi empregado para estimar a possibilidade de tal transição neste sistema. Algumas fontes de oxigênio foram consideradas para determinar se esta reação ocorreria de fato: moléculas de O2 (estados de spin singleto e tripleto), moléculas de H2O e oxigênio atômico. Nossas resultados sugerem que a adsorção só ocorre para O2 e oxigênio atômico. Além disso, a análise de energia total para estas fontes indica que não há nenhuma seletividade aparente de sítios de Se ativos, isto é, a adsorção provavelmente ocorre de forma uniforme. A recém-formada camada α-In2Se3O apresenta topologia de bandas não-trivial que por sua vez é modulada por um campo eléetrico externo aplicado, destacando um efeito de field-effect switching da ordem topológica presente.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/16370
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Física
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física
dc.rightsopen access
dc.subjectIsolantes Topológicos
dc.subjectSemicondutores
dc.subjectMateriais Bidimensionais
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqFísica
dc.titleElectronic Properties of Single-layer In2 Se3: from Photocatalysis to Non-trivial Band Topology.
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typedoctoralThesis
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