31344

بررسي خواص الكتروني ساختار هاي نقاط كوانتومي گرافن آلاييده شده با عناصر شبه فلزي به روش نظري

كارشناسي ارشد

شيمي فيزيك

1401

1403/07/15

دكتر بهشته سهرابي

دكتر جواد بهشتيان

شيمي

نقاط كوانتومي گرافن به عنوان نانومواد پيشرفته با خواص استثنايي، توجه زيادي را در سال‌هاي اخير به خود جلب كرده‌اند. به دليل محصور بودن الكترون‌ها در ابعاد نانومتري و تأثيرات لبه‌اي، اين نانوذرات ويژگي‌هاي منحصربه‌فردي از جمله رسانايي الكتريكي بالا و جذب نوري قابل تنظيم دارند. در تحقيق پيش رو، تأثير نوع لبه‌هاي GQD ها بر شكاف باند انرژي و خواص الكتريكي آن‌ها تحليل مي‌شود. داپينگ هترواتم‌ها به عنوان يكي از روش‌هاي اصلي براي تغيير خواص الكتريكي و نوري GQD ها بررسي شده است. با آلاييده شدن عناصري مانند ژرمانيوم و آرسنيك به ساختار گرافن كوانتوم دات، خواص فيزيكي و شيميايي مانند شكاف باند و چگالي الكتروني تغيير مي‌كند. در تحقيق پيشرو، نقاط كوانتومي گرافن آلاييده شده به عنوان تركيب جديد براي سنسور ها در نظر گرفته شده و شكاف باند آن ها مورد اصلاح قرار گرفته و كاهش پيدا كرده است. همچنين، بررسي نتايج انرژي جذب پس از آلاييدن ساختارها با عناصر شبه فلز مانند آرسنيك و ژرمانيوم نشان مي‌دهد كه ميتوان از ساختار هاي نقاط كوانتومي گرافن آلاييده شده با عناصر شبه فلز آرسنيك و ژرمانيوم با توجه به ميزان انرژي جذب قابل قبول و حساسيت بالاي آن ها نسبت به مولكول گاز CO2 استفاده كرد. ابتدا ساختار هاي 120 اتمي نقاط كوانتومي گرافن با لبه زيگزاگ و 144 اتمي نقاط كوانتومي گرافن با لبه صندلي و ساختار هاي آلاييده شده آن ها با اتم هاي ژرمانيوم و آرسنيك ترسيم و بهينه سازي شدند. سپس برهمكنش آن ها با موكول گاز دي اكسيد كربن جهت محاسبه ميزان انرژي جذب بررسي شد. در اين تحقيق از محاسبات نظري بر اساس روش‌هاي شيمي محاسباتي استفاده شد. روش نظريه تابعي چگالي براي بررسي ساختار الكتروني، بهينه‌سازي هندسه مولكولي و محاسبات انرژي استفاده شده و تأثير آلاييدن عناصر مختلف بر ويژگي‌هاي الكتروني و نوري نقاط كوانتومي گرافن و ميزان انرژي برهمكنش اين ساختار ها با گاز دي اكسيد كربن تحليل شده است.

1403/07/26

Investigating the electronic properties of graphene quantum dot structures doped with quasi-metallic elements by theoretical method

10/7/2025 12:00:00 AM

This thesis investigates the electronic properties of graphene quantum dots (GQDs) doped with semi-metallic elements through theoretical methods. Graphene quantum dots, with their zero-dimensional structure and unique surface properties, offer significant potential in electronic and photonic applications due to their quantum confinement and edge effects. The research focuses on the impact of doping GQDs with germanium and arsenic atoms, examining how these substitutions alter the electronic, optical, and chemical characteristics of the quantum dots. Using density functional theory (DFT), the study provides a detailed analysis of the changes in bandgap, charge distribution, and electronic density resulting from the introduction of dopants. The findings demonstrate that doping with semi-metallic elements significantly modifies the GQDs' electronic properties, improving their performance in potential applications such as gas sensing and photovoltaic devices. Furthermore, the research reveals that the edge configurations, namely zigzag and armchair edges, play a crucial role in the quantum dots' electronic behavior. This work offers new insights into the tunability of GQDs for advanced applications in nanotechnology, particularly in energy storage and optoelectronic devices. The results highlight the importance of controlled doping and edge configuration in optimizing GQDs for specific industrial and environmental applications. Following the calculation of adsorption energy between these structures and CO₂ gas, reasonable adsorption energies were obtained for each structure, and an increase in the band gap of these complexes was observed. Considering the sensitivity of these structures towards CO₂ gas, it can be concluded that after doping heteroatoms into both zigzag and armchair edge graphene quantum dots, the sensitivity of the structures improved significantly.

نقاط كوانتومي گرافن، داپينگ هترواتم، نظريه تابعي چگالي (DFT)، خواص الكتروني، شكاف باند، نانومواد، محاسبات مكانيك كوانتومي

Graphene quantum dots, Heteroatom doping, Germanium, Arsenic, Density Functional Theory, CO₂ gas, Band gap, Sensitivity, Senso.

Fatemeh Abbasi Ghadim

Beheshteh Sohrabi