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

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.

207464

دانشگاه علم و صنعت ايران

فيزيك

دكتر اميرحسين كردبچه