Ab initio pressure-dependent lattice dynamics and elastic properties of chalcopyrite semiconductor cualse$_2$ and oxides, hydrides and borides of rare-earths
Kalkopirit yarıiletken cualse$_2$'nin ve nadir-toprak oksit, hidrit ve boratlarının basınç-bağımlı örgü dinamiksel ve elastik özelliklerinin Ab initio yöntemlerle incelenmesi
- Tez No: 177131
- Danışmanlar: DOÇ. DR. RESUL ERYİĞİT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Abant İzzet Baysal Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 134
Özet
Materyallerin fiziksel özelliklerinin temel-prensiplerden (ab initio) kuramsal olarak incelenmesi günümüzde hem yoğun madde fiziğinde hem de diğer birçok bilim dallarında çok yaygın ve etkili olarak kullanılan bir yöntemdir. Buradaki“temel-prensipler”ifadesi hesaplamalarda hiçbir deneysel verinin girdi parametresi olarak kullanılmadığını belirtmektedir. Bu tezde kalkopirit yarı-iletken CuAlSe$_2$'nin ve nadir-toprak oksit, hidrit ve boratların basınç-bağımlı yapısal, elastik ve örgü dinamiksel özellikleri ab initio yöntemler kullanılarak incelendi. Hesaplamalar yerel yoğunluk yaklaşımı ile yoğunluk-fonksiyoneli ve yoğunluk fonksiyoneli tedirginme kuramları çerçevesinde optimize ve norm-korunumlu sanal-potansiyeller ile düzlem-dalga tabanı kullanılarak hesaplandı. Denge örgü sabiti, hacim modülü, elastik sabitleri gibi yapısal özellikler taban-durum yoğunluk-fonksiyoneli kuramı ile elde edildi. Born etkin yük tensörleri, dielektrik geçirgenlik tensörü, fonon dağılım eğrileri ve bunların mod Grüneisen parametreleri ve fonon durum yoğunlukları ise yoğunluk fonksiyoneli tedirginme kuramı ile hesaplandı. Bunlara ek olarak LaB$_6$ ve CeB$_6$ bileşiklerinin sıcaklığa bağlı örgü sabiti, hacim modülü, hacim genleşmesi, entropi ve özgül ısı değerlerini elde etmek için serbest enerji için olan yarı-harmonik yaklaşımı kullanıldı. Hesaplanan sonuçların deneylerle iyi bir uyum içinde olduğu gözlendi. CuAlSe$_2$ için bakıldığında, hesaplanmış olan niceliklerin mod Grüneisen parametreleri çinko-blende tipi materyaller ile karşılaştırıldı ve benzer eğilimler bulundu. Aynı bileşiğin hesaplanmış elastik sertlik sabitlerinin sanal-kubik davranış içinde olduğu gözlendi. CeO$_2$ bileşiğinin örgü dinamiksel özelliklerinin açıklanmasında seryum atomunun 4f elektronlarının değerlik durumunda bulunmasındaki önemi vurgulandı. Seryum hidritler ile ilgili olan çalışmada akustik modların Brillouin bölgesi boyunca olan Grüneisen parametrelerinin CeH$_2$ için çoğunlukla negatif bulunurken bu değerler CeH$_3$ için pozitif olduğu gözlendi. LaB$_6$ ve CeB$_6$ bileşiklerinin yarı-harmonik yaklaşım ile elde edilen termodinamiksel özelliklerin mevcut bulunan deneysel veriler ile iyi bir uyum içinde olduğu gözlendi.
Özet (Çeviri)
Theoretical investigation of the physical properties of materials from first-principles (ab initio), today, is a very popular and powerful method in condensed matter physics and also in many other disciplines. First-principles here means that there is no experimental value used in the calculations as an input parameter. In this thesis we have performed an ab initio study of pressure-dependent structural, elastic and lattice dynamical properties of chalcopyrite semiconductor CuAlSe$_2$ and oxides, hydrides and borides of rare-earths. The calculations have been carried out by using the density-functional and density-functional perturbation theory within the local density approximation using norm conserving and optimized pseudopotentials and a plane-wave basis. Structural properties such as equilibrium lattice constants, bulk modulus, elastic constants, compressibilities and their pressure dependencies are calculated from the ground-state density functional theory. Born effective charge tensors, dielectric permittivity tensors, the phonon dispersion curves and their mode Grüneisen parameters and phonon density of states are calculated using density functional perturbation theory. In addition to these properties the temperature dependent lattice constant, bulk modulus, volume expansion, entropy and specific heat of LaB$_6$ and CeB$_6$ are investigated by performing the quasiharmonic approximation for the free energy. The calculated results agree well with the experiments. In the case of CuAlSe$_2$, we compare the mode Grüneisen parameters of the calculated quantities with those of zinc-blende type materials and find similar trends. The calculated elastic stiffness constants of CuAlSe$_2$ show pseudocubic behaviour. We have also found that treating the 4f electrons of cerium as valence states is crucial for a satisfactory description of the lattice dynamical properties of CeO$_2$. In the study of cerium hydrides, it has been observed that while the mode Grüneisen parameters for acoustic modes of CeH$_2$ are calculated mostly negative throughout the Brillouin zone, they are found positive in the case of CeH$_3$. Thermodynamical properties of LaB$_6$ and CeB$_6$ obtained from quasi-harmonic approximation are in a good agreement with the available experimental data.
Benzer Tezler
- TiX (X=C,N,O) bileşiklerinin yapısal, elektronik ve elastik özelliklerinin ab-initio yöntemle incelenmesi
The investigation of the structural, electronic and elastic properties of TiX (X=C,N,O) compounds by ab-initio method
YASEMİN ÜNLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Bölümü
YRD. DOÇ. DR. YASEMİN Ö. ÇİFTÇİ
- First principles investigation of lattice dynamical properties of Cu-based chalcopyrite semiconductors and high dielectric constant materials
Temel ilkelerle bakır tabanlı kalkopirit yarı iletkenler ve yüksek dielektrik sabitli malzemelerin örgü dimamiği özelliklerinin incelenmesi
CİHAN PARLAK
Doktora
İngilizce
2008
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RESUL ERYİĞİT
- TIX (X= Br, I, N, Sb, Se) bileşiklerinin yapısal, elastik, elektronik, termodinamik ve optik özelliklernin ab ınıtıo yöntemle incelenmesi
The investigation the structural, elastic, electronic, thermodynamic and optic properties of TIX (X= Br, I, N, Sb, Se) compounds by ab initio method
NURGÜL KAHVECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ÇİFTCİ
- Baryum çalkojenlerin termodinamik, elastik ve elektronik özelliklerinin AB initio yöntemle incelenmesi
The investigation some the structural, thermodynamics, elastic and electronic properties of barium chalcogenides by AB initio method
EBRU TUNÇEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. KEMAL ÇOLAKOĞLU
- Kalsiyum çalkojenlerin yapısal, termodinamik, elastik ve elektronik özelliklerinin ab initio yöntemle incelenmesi
The investigation some the structural, thermodynamics, elastic and electronic properties of calcium chalcogenides by ab initio method
MESUDE BAYRAKÇI
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL ÇOLAKOĞLU