[EN] In this Thesis I present a study of the electronic, magnetic and transport properties of new structures based on graphene, carbon nanotubes and graphene nanoribbons, which are novel carbon allotropes. The advances of new techniques of microscopy as well as the development of synthesis techniques, have made possible the fabrication and characterization of new nanoscale materials, which have been used in nanoelectronics devices. Therefore, a basic study of the properties of novel nanostructures based on carbon is interesting for electronics. We have studied these structures by means of different approximations to the Schrödinger equation. The model and methods applied herein are: tight-binding model, Hubbard model, which includes electron-electron interactions, k•p model based on perturbative theory, and a density functional theory model. We employ the surface Green function matching technique (SFGM) and the conductance has been calculated applying the Landauer-Büttiker equation. The different methods have helped to clarify the electronic properties in nanotube-based heterostructures such as aquiral nanotube junctions and aquiral nanotube quantum dots. We have investigated the transport properties of a partially unzipped carbon nanotube, which can be viewed like a nanotube/nanoribbon junction. In nanoribbons-based heterostructures we have studied the transport properties through nanoribbons graphene flakes, the interaction between bilayer graphene nanoribbons employing a novel van der Waals functional and we have determined the electronic band structure of graphene and nanoribbons with arbitrary geometries at the edge.

[ES] El objetivo principal de la tesis es el estudio de las propiedades electrónicas, magnéticas y de transporte de nanoestructuras basadas en carbono, tales como nanotubos y nanocintas. Un estudio básico de estas propiedades es de gran interés para la nanoelectrónica basada en el carbono. Hemos empleado diferentes métodos y modelos dependiendo de las propiedades que queremos resaltar y del propio sistema a estudiar. Estos son, el modelo de electrones fuertemente ligados o tight-binding, el modelo de Hubbard, el cual incluye la interacción electrón-electrón, el modelo k•p, basado en teoría de perturbaciones y un modelo basado en la teoría del funcional de la densidad. Se emplea el método de empalme de las funciones de Green debido a la carencia de periodicidad de los sistemas y la conductancia se ha calculado con el formalismo de Landauer-Büttiker. En particular, hemos investigado las propiedades electrónicas en nanoestructucturas basadas en nanotubos como son las uniones entre nanotubos aquirales, o los puntos cuánticos compuestos por nanotubos. Hemos estudiado las propiedades de transporte en nanotubos parcialmente abiertos, los cuales pueden ser vistos como la unión entre un nanotubo y una nanocinta, destacando el filtrado de valle que se produce de los estados electrónicos del nanotubo. En nanoestructuras basadas en nanocintas de grafeno hemos estudiado el transporte a través de copos de grafeno bicapa, la interacción entre nanocintas bicapa con un nuevo funcional de van der Waals y la estructura electrónica en grafeno y nanocintas con bordes arbitrarios.

Tesis defendida el 9 de febrero de 2012 en la Facultad de Ciencias de la UNED y desarrollada en el Departamento de Teoría y Simulación de Materiales del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, ICMM-CSIC y en el Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias del Medio Ambiente de la Universidad de Castilla la Mancha para optar al grado de Doctor en Ciencias Físicas.

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