25634

بررسي خواص الكتروني و ساختاري يك نانوصفحه سيليسيني در حضور تركيبات يكتايي، دوتايي و سه تايي از فلزات واسطه كروم، آهن، كبالت و نيكل با استفاده از نظريه تابعي چگالي

دكتري

فيزيك

1399

1399/7/14

دكتر اميرحسين كردبچه

فيزيك

با استفاده از نظريه تابعي چگالي و به كمك كدهاي محاسباتي وين‌توكي و كوانتوم اسپرسو، ويژگي‌هاي ساختاري و الكتروني نانوصفحه سيليسين در حضور تهي‌جا و جانشاني ناخالصي‌هاي يكتايي، دوتايي و افزودن خوشه‌هاي سه‌تايي از اتم‌هاي كروم، آهن، كبالت و نيكل بررسي شد. براي ناخالصي‌هاي يكتايي با برداشتن يك اتم سيليسيوم از صفحه سيليسين و ايجاد تهي‌جا، درصدهاي متفاوت 1، 2، 3، 5 و 12 درصد از اتم‌هاي ناخالصي‌هاي مذكور در صفحه سيليسين جانشاني شد. در جانشاني مونومرهاي آهن و كروم و كبالت در موليبدن دي سولفيد، نيز 18 حالت متفاوت در نظر گرفته شد. براي خوشه‌هاي دوتايي، دو حالت متفاوت براي جانشاني در سيليسين در نظر گرفته شد: يكي داخل صفحه و ديگري عمود بر صفحه. براي حالت داخل صفحه، دو اتم ناخالصي، جايگزين دو اتم سيليسيوم كنار هم شد كه 4 ساختار با دوتايي هم‌هسته و 6 ساختار با دوتايي ناهم هسته بوجود آمد و بررسي شد. براي حالت عمود بر صفحه، يك اتم سيليسيوم برداشته شد و دوتايي، به صورت عمود بر صفحه، جانشاني شد. بدين ترتيب 4 ساختار متفاوت هم‌هسته و 12 ساختار ناهم‌هسته ايجاد و بررسي شد. در مورد تركيبات سه‌تايي‌ كه به صورت افزوده انجام شد، سه حالت كلي در نظر گرفته شد. در حالت اول، هر سه اتم از سه تايي ناخالصي آهن، روي مركز شش‌ضلعي‌هاي مجاور هم قرار داده شدند. در حالت دوم، سه اتم تركيب سه تايي، روي سه تا اتم سيليسيوم از صفحه پاييني سيليسين قرار داده شدند. در حالت سوم، دو اتم از سه اتم روي مركز شش ضلعي و اتم سوم ناخالصي آهن روي سيليسيوم صفحه پايين قرار داده شدند. پيوندهاي قوي اين ناخالصي‌ها با اتم‌هاي سيليسيوم تشكيل دهنده سيليسين باعث تاثير شديد در ويژگي‌هاي ساختاري و الكتروني اين ساختارها شد. هم چنين ديده شد كه با وجود مغناطيسي بودن اتم‌هاي ناخالصي، بسته به ساختار و غلظت ناخالصي، گشتاور مغناطيسي كل سيستم ممكن است به شدت كاهش يابد يا افزايش يابد. مثلا سيستم‌هاي داراي ناخالصي كروم مغناطيسي شده و سيستم‌هاي داراي ناخالصي نيكل، غير مغناطيسي شدند. همچنين سيليسين به يك ماده رسانا، نيم فلز يا حتي نيم رسانا تبديل شود. بعضي از ساختارها قطبش اسپيني بالايي از خود نشان داده و در مجموع قابليت كاربرد در ابزارهاي جديد الكترونيكي و اسپينترونيكي را از خود نشان دادند. به علاوه، نانونوار سيليسين دسته صندلي نيز در حضور اتم تكي و دوتايي آهن بررسي شده و تاثير ميدان‌هاي الكتريكي خارجي عرضي و طولي روي آن در نظر گرفته شده است. مشاهده شد كه ميدان الكتريكي عرضي تاثير زيادي بر گاف انرژي ساختار مي‌گذارد و در صورت نياز، مي‌توان اين گاف را با ميدان‌هاي الكتريكي خارجي كنترل كرد. پديده ترابرد در نانونوار سيليسين دسته صندلي خالص و جانشاني شده با آهن تكي و دوتايي مطالعه شد. مشاهده گرديد كه پديده مقاومت ديفرانسيلي منفي فقط به صورت يگانه در مورد ساختار با دوتايي آهن ظاهر مي‌شود. در نهايت براي مقايسه، نانونوار دسته صندلي موليبدن دي سولفيد كه با اتم‌هاي فلوئور، اكسيژن و نيتروژن بسته شده و هم چنين يك مونومر آهن در آن جايگزيده شده بود در حضور و غياب ميدان الكتريكي خارجي مورد بررسي قرار گرفت. ديده شد كه گاف انرژي تغيير زيادي در حضور اين ميدان خارجي نميكند. با بررسي ترابرد در ساختار نانونوار دسته صندلي موليبدن دي سولفيد كه با اتم‌هاي فلوئور، اكسيژن و نيتروژن بسته شده و با مونومرهاي آهن، كبالت يا كروم جانشاني شده، ويژگي جالب مشاهده شده، نمايش پديده مقاومت ديفرانسيلي چندگانه است كه در صنايع الكترونيك بسيار كاربردي مي‌باشد.

1400/08/18

Density functional theory investigation of structural and electronic properties of silicene nanosheets in the present of monomers, dimer and trimmers of Cr, Fe, Co and Ni

10/5/2020 12:00:00 AM

Extensive full-potential density functional theory calculations were performed to investigate the structural and electronic properties of silicene substituted with monomers, dimers and trimers of Cr, Fe, Co and Ni atoms and in the present of vacnacy. Different concentrations of monomers between 1 and 12 percent were considered. The structures substituted with all concentrations of Fe were metal and showed magnetic properties. The structures substituted with Co and Cr were half-metal or metal and, surprisingly, silicene substituted with 1.4 percent Co did not show a magnetic moment. Homonuclear and heteronuclear dimers of the above atoms were investigated for two different substitution positions in silicene. The structures showed metallic or half-metallic properties and a range of magnetic moments from 0 to 6 𝜇𝐵. This variety of electronic and magnetic properties suggest that metal-substituted silicene materials could play essential roles in nano-electronic devices in fields such as spintronics. Also, this study employed density functional theory calculations to investigate the structural, electronic and magnetic properties of an armchair silicene nanoribbon (ASiNR) substituted with a monomer and a dimer of Fe atom. As a result, the direct band gap of pristine ASiNR turns into a smaller indirect band gap by substituting an Fe atom in the proper position. The magnetic moment of doped Fe reduces and the structure keeps its nonmagnetic property. The substitution of the Fe-dimer can change the pristine ASiNR from a nonmagnetic semiconductor to a magnetic half-metal, which is favorable for spintronic devices. Two external electric fields were applied to the structure substituted with the Fe-dimer and electronic properties were studied in this situation. It was shown that the Fe-dimer substituted ASiNR is such a versatile material that a band gap can be tuned by using an external transverse electric field. Furthermore, the transport properties of these two structures were studied with non-equilibrium Greens function formalism. It is intriguing that single-spin negative differential resistancewas observed in the Fe-dimer doped ASiNR. Finally, Structural, electronic and transport properties of an edge terminated armchair molybdenum disulfide nanoribbon with N, O and F atoms are investigated using ab initio calculations. This functionalization leads to more stable structures. Also the band gap of the MoS2 ribbon is essentially altered, and varying values of the direct and indirect band gaps are obtained because of such novel edge functionalization. An external electric fields were applied to these edge terminated MoS2 nanoribbons and electronic properties were studied. According to the findings, the enhancement of the field strength reduces the band gap of the edge terminated AMoS2NRs. Furthermore, the transport properties of the structures were studied with equilibrium Green’s function formalism. It is intriguing that multiple negative differential resistance was observed in these non-metal edge functionalized armchair MoS2 and also in Cr-, Fe and Co substituted functionalized AMoS2NR.

نانو صفحه سيليسين , نانونوار سيليسين , نانونوار موليبدن دي سولفيد , فلزات واسط , دايمر , تريمر

Silicene nanolayer , Silicene nanoribbon , Molybdenum disulfide nanoribbon , transition metals , dimer , trimer