22110

ترابرد بار و اسئين ملكولي در ملكولهاي آلي (برپايه ي ساختارهاي آلكن و آلكان)

دكتري

حالت جامد و ماده چگال

1399

1399/02/24

دكتر مهدي اسماعيل زاده

فيزيك

بكارگيري درجه‌ي آزادي اسپين دركنار بار الكترون‌ها، دورنماي اسپينترونيك براي افزودن و بهره‌بردنِ بهينه از سازگان الكتروني است. دركناراين، پژوهش برروي ويژگي‌هاي توپولوژيكي مواد دراين سال‌ها بسيار پررنگ مي‌باشد. هم‌چنين بكارگيري بهينه‌ي ويژگي‌هاي مواد پژوهندگان در فيزيك ماده‌ي چگال را برآن ساخته تا هرگونه برهم‌كنش ماده با پيرامونش مانند برهم‌كنش‌هاي مكانيكي را بكاوند. دراين پايان‌نامه، با بكارگيري هاميلتوني سو-شريفر-هيگر و ره‌يافت تابع گرين و رابطه‌ي لاندائور-بوتيكر، ويژگي‌هاي توپولوژيكي و ترابرد بار و اسپين در يك ملكول پلي‌استيلن ترانس پژوهيده‌شده‌است. ساختارهايي كه پيوند كربن-كربن آن‌ها درون ياخته‌ي يكه يك‌گانه است و داراي تعداد زوج تك‌پار درون رشته‌ي ملكولي خودهستند، با آن‌كه هاميلتونيشان تقارن دستوارگي را ندارد، داراي دو ويژ‌ه‌حالت لبه‌اي بوده و ويژگي‌هاي توپولوژيكي دارند. با افزودن اثر يك ميدان مغناطشِ تبادلي و ميدان‌هاي عمود و عرضي الكتريكي، ويژگي‌هاي ترابرد بار و اسپين در اين ملكول كاويده‌شده‌است. ميدان مغناطش تبادلي قطبش اسپيني را براي الكترون‌هايي در بازه‌هايي با انرژي گوناگون مي‌دهد كه گستردگيشان در ميدان‌هاي قوي‌تر بيشترخواهدبود. پس اين ساختار مي‌تواند يك پالاينده‌ي اسپيني خوب باشد. اين قطبش اسپيني با بكارگيري ميدان الكتريكي عمود دست‌كاري و دگرگون مي‌شود اما دربرابر ميدان الكتريكي عرضي پايداراست. هم‌چنين با بكارگيري روش برهم‌نهي خطي اربيتال‌هاي اتمي و ره‌يافت اسليتر-كاستر با نوراهاي انرژي بدست‌آمده از نظريه‌ي تابعي‌چگالي، يك هاميلتوني تازه در تقريب تنگ‌بست تا هم‌سايه‌ي سوم براي پلي‌استيلن ترانس پيشنهادشده‌است. با دگرگوني دِرازاي بين دو بخش پشت‌سرهم CH ملكول درراستاي محور تقارن ساختار، اثر كرنش برروي ملكول پلي‌استيلن ترانس كاويده‌شده‌است. با بكارگيري اين هاميلتوني نو، ويژگي‌هاي ترابرد بار در يك زنجيره‌ي ملكولي پلي‌استيلن ترانس پژوهيده‌شده‌است. در يك كرنش فشردگي، ساختار جابجايي در انرژي را در رسانندگي خود مي‌بيند كه مي‌توان ازآن در گيرندگان و كليدهاي وابسته به كرنش بهره‌برد.

1399/04/07

Molecular spintronics in organic molecules(based on alkene and alkyne structures)

6/27/2020 12:00:00 AM

Exploiting the spin degree of freedom in addition to the charge of electrons, is the goal of spintronics for accomplishing and optimizing the efficiency of solid state devices. Besides, investigation of the topological properties of matters has played a leading role during the last decades. Furthermore, exploiting the material properties, persuades researchers in condensed matter and material physics to illustrate the responses of materials to all external interactions like mechanical ones. In this dissertation, by using Su-Schrieffer-Heeger Hamiltonian and exploiting the Green’s function method in the framework of the Landauer-Büttiker formalism, the topological and spin dependent electron transport properties of a trans polyacetylene molecule are studied. It is found that molecules with the intracell single carbon-carbon bonding and the even number of monomers in their chains have two edge states and possess topological properties though their Hamiltonians do not respect the chiral symmetry. A perpendicular exchange magnetic field and two perpendicular and transverse electric fields are used to induce and manipulate the quantum spin dependent electron transport properties. The exchange field induces the spin polarization in different electron energy regions which are expanded by stronger exchange fields. Therefore this proposed device works as a perfect spin filter. The spin polarization can be manipulated by applying the perpendicular electric field and remains robust against the transverse electric field variations. Moreover, utilizing the linear combination of atomic orbitals in the Slater–Koster approach in combination with the density functional theory band structure data, a new tight-binding Hamiltonian up to the third nearest neighbours for the dimerized trans polyacetylene is proposed. The effects of strain are also considered in the Hamiltonian by varying the distance between two successive CH groups along the molecular symmetry axis. Using this new Hamiltonian, the electronic transport properties in a trans polyacetylene chain in the presence and absence of strain are studied. It is shown that at a peculiar value of compression strain, the electron conductance shifts 0.27 eV in energy which is an exploitable magnitude for straintronic applications of the trans polyacetylene specially as strain sensors and strain switches.