شماره ركورد
28943
پديد آورنده
فروغ مهدي زاده
عنوان
بررسي ساختار الكتروني و خواص نوري در حضور اثرات زير لايه پاياني براي مواد Sc2CO2, Sc2CCl2, Sc2CF2, Sc2C(OH)2
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فيزيك ماده چگال
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1401/7/2
استاد راهنما
سيد ادريس فيض آبادي
دانشكده
فيزيك
چكيده
به عنوان يك خانوادة جديد از مواد دو بعدي، فلزات انتقالي كاربيدها و نيتريدها (MXenes) به دليل كاربردهاي بالقوة گسترده در سالهاي اخير توجه زيادي را به خود جلب كردهاند. در اين پايان نامه در فصل يك به معرفي مواد در مقياس نانو، مواد دو بعدي، سنتز مواد دو بعدي و معرفي كميتهاي اپتيكي پرداخته شده است. در فصل دو زمينه اصلي تئوري و روش محاسباتي و همچنين نرم افزار (Quantum ESPERSSO) مورد بررسي قرار گرفت. در فصل سوم به معرفي و طريقه سنتز MXene، خواص و كاربردهاي آنها پرداخته شد. در فصل چهارم تمام محاسباتDFT براي بهينه سازيهاي هندسي، ساختارهاي الكترونيكي و ارزيابي خواص نوري توسط كد (QE) كه در قالب نظريه تابعي چگالي و روش شبه پتانسيل است، با استفاده از امواج تخت به عنوان پايه مورد بررسي قرار گرفت. در انجام محاسبات از تقريب GGA براي بررسي ساختار الكترونيكي، ساختار نواري و چگالي حالتها استفاده شد. و همچنين براي بررسي خواص اپتيكي، تابع ديالكتريك، ضريب جذب، رسانندگي اپتيكي، ضريب شكست، تابع اتلاف انرژي و بازتابندگي مورد بررسي قرار گرفت. بررسي نمودار چگالي حالات در اين چهار تك لايه نشان داد كه اوربيتالهاي C-2P، O-2P، و S-4dدر بخشهايVBM وCBM بيشترين مشاركت را داشتند. نتايج بدست آمده از ساختار نواري الكترونيكي نشان داد كه دوبعديهاي Sc2CCl2 ، Sc2CF2، Sc2CO2و Sc2COH2 نيمه رسانا با گاف نواري به ترتيب، 90/0غيرمستقيم، 05/1غيرمستقيم، 53/1مستقيم و 21/0مستقيم الكترون ولت بودند. باتوجه به نتايج بدست آمده از خواص نوري بخش حقيقي تابع ديالكتريك براي تك لايههاي دوبعدي Sc2CCl2، Sc2CF2، Sc2CO2و Sc2C(OH)2 به ترتيب در جهت (z)x ، 2(1)، 1(0)، 1(0) و 2(1) پيك در محدوده طيف مرئي مشاهده شد. بخش موهومي تابع ديالكتريك براي تك لايههاي دو بعدي Sc2CCl2 ، Sc2CF2، Sc2CO2و Sc2C(OH)2 به ترتيب 1(1)، 1(0)، 0(0) و 2(1) پيك در ناحيه قابل مشاهده (مرئي) در جهت (z)x نشان داد. با توجه به نتايج بدست آمده از جذب در امتداد جهت (z)x ، شدت پيكهاي تك لايهSc2CCl(2 ) نسبت به Sc2CF2،Sc2 C(OH)2 و Sc2CO2 بيشتر بود،يعني جذب تك لايه Sc2CCl2 بيشتر است. در ادامه تك لايههاي دو بعدي Sc2CCl2 ، Sc2CF2، Sc2CO2و Sc2C(OH)2در مقايسه با موادهاي دو بعدي، فسفرآبي،AlN ، MoS_2 و ،ReT2 (T= S.Se)داراي جذب بهتري بودند. از نتايج بازتاب بدست آمده اين تك لايهها در ناحيه فرابنفش، كه بلندترين پيكها را داشتند، بيانگر حداكثر بازتاب بود، دراين حالت، باكاهش جذب و عبور امواج الكترومغناطيس روبرو بوديم. بنابراين با در نظر گرفتن خواص الكترونيكي و نوري اين چهار تك لايه دوبعدي، پتانسيل به كارگيري در كاربردهاي حفاظت در برابر اشعه فرابنفش و به عنوان لايههاي بازتاب در سلولهاي خورشيدي را دارند و همچنين كانديداي اميدواركنندهايي براي طراحي دستگاههاي الكترونيك نوري هستند.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/08/02
عنوان به انگليسي
Investigating the electronic structure and optical properties in the presence of elements under the final layer for Sc2CO2, Sc2CCl2, Sc2CF2, Sc2C(OH)2 materials
تاريخ بهره برداري
9/24/2023 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فروغ مهدي زاده
چكيده به لاتين
As a new family of 2D materials, transition metal carbides and nitrides (MXenes) have attracted growing attention in recent years due to their widespread potential applications. The introduction of nanoscale materials, 2D materials, the synthesis, and the introduction of optical quantities have been discussed in chapter one of this thesis. The main fields of theory, computational method, and software (Quantum ESPERSSO) were examined in chapter two. The third chapter discussed MXenes introduction, synthesis method, properties, and applications. Also, all DFT calculations for geometrical optimizations, electronic structures, and evaluation of optical properties by the code (QE), which is in the form of density functional theory and quasi-potential method, were examined using plane waves as a basis in the fourth chapter. Using the GGA approximation, calculations were performed. The band structure and density of states have been evaluated for electronic structural investigation. Refractive index, absorption coefficient, optical transmission, dielectric function, energy loss function, and reflectivity were investigated to check optical properties. These four monolayers' density of states graph shows that the C-2P, O-2P, and S-4d orbitals play the largest roles in the VBM and CBM parts. The results obtained from the electronic band structure showed that the bandgaps of 2D semiconductors Sc2CCl2, Sc2CF2, Sc2CO2, and Sc2(OH)2 are, respectively, 0.90 indirect, 1.05 indirect, 1.53 direct, and 0.21 direct electron volts. According to the results from the optical properties of the real part of the dielectric function for the 2D Sc2CCl2, Sc2CF2, Sc2CO2, and Sc2C(OH)2 monolayers in the x(z) direction, respectively, 2(1), 1(0), 1(0), and 2(1) peaks have been observed in the range of visible spectrum. For the 2D Sc2CCl2, Sc2CF2, Sc2CO2, and Sc2C(OH)2 monolayers, the imaginary part of the dielectric function shows 1(1), 1(0), 0(0), and 2(1) peaks in the visible spectrum, respectively, in the direction of x(z). The intensity of the peaks of the 2D Sc2CCl2 monolayer is higher compared to that of the 2D Sc2C(OH)2, Sc2CF2, and Sc2CO2 monolayers, based on the absorption results obtained along the x(z) direction. According to a previous study on 2D materials such blue phosphorus, MoS2, AlN, and ReT2 (T=S, Se), 2D Sc2CCl2, Sc2C(OH)2, Sc2CF2, and Sc2CO2 monolayers have better absorption than these 2D materials. The highest peaks in the reflection results of these monolayers in the ultraviolet region indicate the maximum reflection; in this case, we will observe a decrease in the absorption and transmission of electromagnetic waves. These four 2D monolayers therefore have the potential to be used in UV protection applications and as reflective layers in solar cells considering the electronic and optical properties.
كليدواژه هاي فارسي
نظريه تابعي چگالي , خواص اپتيكي , فيزيك محاسباتي , مكسين
كليدواژه هاي لاتين
Density functional theory , Optical properties , Computational Physics , MXene
Author
furugh mahdizadeh
SuperVisor
Edris Faizabadi