17778

17778

بررسي خواص ناخالصي نيتروژن (N3) در الماس به كمك مدل هابارد

كارشناسي ارشد

حالت جامد

اسفند 1394

دكتر محسن بابامرادي

فيزيك

امروزه دانشمندان علاقه بسيار زيادي به مطالعه ي خواص و ناخالصي هاي الماس دارند. يكي از مهم ترين ناخالصي هاي الماس تركيب تهي جا و نيتروژن مي باشد. از انواع مختلف اين نوع ناخالصي مي توان به تركيبات تهي جا - نيتروژن، تهي جا- دو نيتروژن و تهي جا - سه نيتروژن اشاره كرد. ناخالصي هاي ذكر شده را مي توان در آزمايشگاه با قرار دادن الماس تحت تابش ذرات پر انرژي و به دنبال آن انجام يك عمليات حرارتي ايجاد كرد. هر كدام از ناخالصي هاي شبكه اي در الماس منجر به پديده هاي مختلف فيزيكي مي شوند. مثلا يكي از كابردهاي مهم تهي جا - سه نيتروژن بررسي مراكز رنگ آن مي باشد. همچنين اخيرا ناخالصي تهي جا - نيتروژن كانديداي مهم براي ساخت يك بيت كوانتومي و منبع گسيل تك فوتوني به ترتيب در رهيافت حالت جامد بر نظريه ي اطلاعات كوانتومي و همچنين رمزنگاري كوانتومي مطرح شده است. در اين پروژه براي شبيه سازي تركيب تهي جا و سه نيتروژن در الماس از خوشه هاي الماس گونه با ابعاد نانومتري كه به انتهاي آن هيدروژن متصل شده است، استفاده مي كنيم. به اين صورت كه ابتدا با استفاده از نرم افزار گوسين و همچنين نظريه تابعي چگالي (DFT) خوشه ي مورد نظر را واهلش مي دهيم. سپس با استفاده از نرم افزار متلب تابع موج را حول تهي جاي شبكه در الماس تعريف كرده و انتگرال هاي هاميلتوني هابارد تعميم يافته را به منظور بررسي خواص بس الكتروني محاسبه مي كنيم. اين خواص شامل تقارن هاي فضايي، اسپين حالت هاي پايه و برانگيخته و انرژي گذارهاي مجاز اپتيكي مي باشد. علاوه بر اين توزيع بار الكتروني اطراف تهي جاي شبكه در الماس را محاسبه كرده در مورد پديده هاي فيزيكي مربوطه بحث مي كنيم. واژه هاي كليدي: نظريه تابعي چگالي، خوشه الماس گونه، خواص بس الكتروني، هاميلتوني هابارد تعميم يافته.

1396/06/21

1/1/1900 12:00:00 AM

Nowadays, scientists are very interested in studying the properties and impurities of diamond. One of the most important impurities of the diamond is compound of nitrogen and vacancy. Some of the different types of this impurity are nitrogen and vacancy (NV), two nitrogen atoms and vacancy (N2) and tree nitrogen atoms and vacancy (N3). These impurities can be created in a lab by exposing diamond to high-energy particles which following by a heating process. Each lattice impurities in diamond can be resulted in different physical phenomena. For instance one of the important applications of N3 is the study of its color centers. Also recently the NV impurity has been considered as an important candidate for building a single quantum bit and a single photon emission source in solid state approach on the quantum information theory and quantum encryption, respectively. In this project, to simulate of the N3 compound in diamond, we have utilized Nanoscale diamond-like cluster ends with hydrogen atoms. In this way, first by using the Gaussian software and Density Functional Theory (DFT) the clusters have relaxed. Then, to investigate the many body properties, the wave function have defined around the lattice vacancy in diamond and Generalized Hubbard Hamiltonian integrals have calculated using the Matlab software. These properties include the spatial symmetries, spin symmetries of the ground and excited states and the optical transition energy. In addition, we have discussed the charge distribution around vacancy and related physical phenomena. Keywords: Extended Hubbard model, N3 defect in diamond, Optical transition, Many body properties