20952

20952

به كارگيري روش هاي محاسباتي بر پايه نظريه تابعي چگالي براي بررسي خواص الكتروني ساختارهاي شبه گرافيني

دكتري تخصصي

فيزيك حالت جامد

1398

1398/04/19

دكتر افشن نميرانيان

فيزيك

نانو ساختارهاي هيبريدي به سبب ويژگي‌هاي استثنايي توجه بسياري را به خود جلب نموده‌اند. خصوصيات الكتروني اين نانو ساختارهاي هيبريدي بسته به نوع لبه‌ها و چگونگي چينش فصل مشترك تعيين مي‌شوند و كاربردهاي گوناگوني ازجمله مدارهاي الكترونيكي، اسپينترونيك، فيزيك پزشكي و حس‌گرهاي ملكولي دارند. بنابراين، در بخش نخست اين رساله،به بررسي ترابرد الكتروني دو نوع اتصال هيدروكربن‌ پلي‌آروماتيك تنها و تعبيه شده در نانو نوار بورون نيتريد با استفاده از تابع گرين غير تعادلي و نظريه‌ي تابعي چگالي پرداختيم. در اتصالات هيدروكربن‌هاي پلي‌آروماتيك تنها، رزونانس فانو در انرژي فرمي در ترابرد ولتاژ صفر به وضوح ديده مي‌شود. در اتصالات هيبريدي، ساختار نامتقارن باعث برهمكنش ميان حالت‌هاي الكتروني مي‌شود كه در نهايت منجر به مشاهده‌ي ترابرد مبتني بر اثر فصل مشترك مي‌شود. يافته‌ها نشان مي‌دهند كه فصل مشترك به شدت بر خواص ترابرد ساختار تأثير مي‌گذارد. همچنين افزايش ولتاژ موجب تفاوت عمده‌اي در جريان بين ساختارهاي غيرهيبريدي و هيبريدي به دليل شكست تقارن و تجمع بارهاي مثبت و منفي مي‌شود. در بخش بعدي، به بررسي خصوصيات نانو شكاف‌هاي گرافين / هگزاگونال بورون نيتريد پرداختيم تا حساسيت پايه‌هاي دي. ان. اي. را در مقايسه با نانو شكاف‌هاي گرافين بهبود دهيم. براي اين منظور، از محاسبات آغازين براي بررسي خواص الكتروني نانو نوارهاي مختلفي از هيبريد گرافين و هگزاگونال بورون نيتريد و همچنين خواص ترابرد پايه‌هاي دي. ان. اي. در ميان نانو شكاف‌هاي هيبريدي پيشنهادي كمك گرفتيم. نانو شكاف‌ها با فصل مشترك بورون، تراز بالاترين اربيتال اشغال شده‌ي ملكولي پايه‌ها را در مقايسه با نانو شكاف گرافين به سمت انرژي فرمي تغيير مي‌دهد كه به ترابرد بهتر در مجاورت انرژي فرمي منجر مي‌شود. به علاوه، نانوشكاف‌ها با فصل مشترك بورون و نانو جاده‌ي گرافين باريك‌تر باعث افزايش حساسيت در انرژي فرمي و در اطراف آن براي تمامي پايه‌ها به خصوص پايه‌هاي كوچك دي. ان. اي. مي‌شود. در پايان، ترابرد نانونوار گرافيني زيگزاگ را به ازاي جايگزيني اتم‌هاي كربن با اتم‌هاي بورون و نيتروژن با چينش­هاي متفاوت بررسي نموديم. محاسبات نظريه‌ي تابعي چگالي نشان مي‌دهد كه نحوه‌ي چينش اتم‌هاي بورون و نيتروژن بر رفتار ترابردي ساختار اثر گذار است.

1398/05/20

DFT based computational methods for the study of electronic properties in graphene like structures

8/11/2019 12:00:00 AM

Hybrid nanostructures have gained considerable interest during the last decades. The electronic properties of these hybrid nanostructures are determined by their edge and interface patterns and have a variety of applications, including integrated circuits, spinronics, medical physics and molecular sensors. Hence, in the first part of this thesis, We investigate the electronic transport properties of two types of junction based on single polyaromatic hydrocarbons (PAHs) and PAHs embedded in boron nitride (h-BN) nanoribbons, using nonequilibrium Green’s functions (NEGF) and density functional theory (DFT). In the PAH junctions, a Fano resonance line shape can be clearly seen at the Fermi energy in the transport feature. In hybrid junctions, structural asymmetries enable interactions between the electronic states, leading to observation of interface-based transport. Our findings reveal that the interface of PAH/h-BN strongly affects the transport properties of the structures. Also, increasing the voltage makes a big difference to the current among the ZGNR, non-hybrid cases and h-BN-molecule hybrids. Such behavior is also seen in the low bias region due to the broken symmetry and accumulation of positive and negative charges. Furthermore, we have examined different hybrid graphene/hBN nanogap, to assess whether or not this setup could be useful for distinguishing DNA nucleobases from each other. To this end, we theoretically study the electronic transport properties of different hybrid structure nanogaps as an electrode for sensing single nucleobases under ab-initio calculation. Our results show that hybrid nanogaps with boron interfaces shift the HOMO toward the Fermi energy leading to a better transmission coefficient in the vicinity of the Fermi energy level. In addition, nanogaps with boron interfaces and narrower graphene nanoroads enhance the sensitivity at and around the Fermi energy level for all nucleobases, especially for small ones. At the end, The electrical conductance of hybrid monolayer graphene/h-BN ribbon with zigzag edges is numerically studied using density functional theory. Our findings reveal that transmission of graphene/h-BN hybrid structure is sensitive to the arrangement of its component.