ABSTRACT This Zinc oxide (ZnO) is widely used in different electronic devices due to its thermal, electronic, and piro-piezoelectric properties. Some of these properties are noticeable improvement at the nanoscale, specially when ZnO together with other material create heterostructures. Recently, core/shell nanowires have been synthesized in order to raise the performance in devices like piezo-electronic sensors, photovoltaic cells, and optoelectronic devices. In this work, we introduce a theoretical study of structural, elastic and electronic properties of core/shell nanostructures of ZnO/X (X=ZnS, BeO) when they are subjected to uniaxial stresses in the [0001] direction. Hexagonal nanowires, whose diameters range from 1.5 to 2.8 nm, were ab-initio studied using the density functional theory, in the generalized gradient approximation (GGA), implemented in the SIESTA code. By applying uniaxial stresses, we calculated the Young modulus, maximum tensile, and both total (TDOS) and projected electronic density of states (PDOS). We have observed a degradation in the mechanical properties of core/shell nanowires with respect to ZnO nanowires. Depending on the external shells (BeO or ZnS), the core/shell nanowires became more insulator or more semiconductor. These results are important in nano electronic devices based on ZnO, in order to tailor their optoelectronic properties.
RESUMEN El óxido de Zinc (ZnO), por sus propiedades térmicas, electrónicas y piro-piezoeléctricas, es ampliamente usado en diversos dispositivos electrónicos. Algunas de estas propiedades mejoran notablemente en la nanoescala. Recientemente, se logró sintetizar nanohilos con estructuras core/shell de ZnO/X (X=ZnSe, ZnS, BeO) que mejoran la eficiencia de sensores piezoeléctricos, celdas fotovoltaicas y dispositivos optoelectrónicos. En este trabajo se presenta un estudio teórico de las propiedades estructurales, elásticas y electrónicas de nanoestructuras tipo core/shell de ZnO/X (X=ZnS, BeO), cuando son sometidas a deformaciones uniaxiales en la dirección [0001]. Nanohilos hexagonales con diámetros entre 1.5 y 2.8 nm fueron estudiados ab-initio usando la teoría de la funcional de la densidad (DFT) en la aproximación de gradiente generalizado (GGA), implementada en el código SIESTA. Mediante la aplicación de tensiones uniaxiales, se calcularon el módulo de Young, la tensión de ruptura y las densidades de estados electrónicos totales (TDOS) y proyectados (PDOS). Se ha observado una degradación de las propiedades mecánicas en los nanohilos core/shell con respecto a los de ZnO, ganándose a cambio la posibilidad de obtener un sistema con carácter más aislante o más semiconductor que el nanohilo de ZnO, dependiendo si las capas externas están compuestas por BeO o ZnS. Estos resultados son importantes para ajustar las propiedades optoelectrónicas del ZnO en la nanoescala.