Formation and functionalization of boron phosphide monolayers
Tek atomik katmanlı boron fosfor yapılarının oluşturulması ve işlevselleştirilmesi
- Tez No: 406412
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN DURGUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Kimya, Science and Technology, Physics and Physics Engineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 66
Özet
2-boyutlu(2B) ve tek katmanlı grafenin sentezlenmesi ile elde edilen üstün özellikler, benzer malzemeler üzerinde araştırmaları yoğunlaştırmıştır. İnce-film büyütme ve karakterizasyonundaki gelişmeleri takiben, gerek katmanlı gerekse katmanlı olmayan 2B malzemeler (ard arda) sentezlendi. Yapısal olarak kararlı ve bal peteği örgüsüne sahip bir 2B yapı olan h-BN, en çok dikkat çeken malzemelerden biri olmuştur. h-BN elektriksel olarak yalıtkan olup, termal olarak iletkendir. 2B malzemelerin katkılamaya ve adsorpsiyona çok elverişli olmaları, elektriksel ve yapısal ̈ozelliklerinin geniş çapta değiştirilebilmesine olanak sağlamaktadır. Bu çalışmamızda 2B ve tek katman BN yapısını, değişen oranlarda fosfor atomu ile katkılayarak, sistemdeki yapısal ve elektronik değişimleri ab-initio method kullanarak inceledik ve tüm P atomları N atomlarının yerine geçtiğinde 2B Boron Fosfor (BP) elde edildiğini bulduk. Yapısal olarak, düzlemsel bir ̈orgüye sahip olan BN, P atomu ile katkılandığında düzlemsel yapısını kaybederek burgulu bir yapıya kavuşur. Katkılanan P atomu konsantrasyonu arttıkça BN yapısının burulma miktarı artar, ancak daha sonra (%75'ten sonra), bu burulma miktarı azalır ve nihayetinde BN, tamamen düzlemsel BP'ye dönüşmüş olur. Tüm N atomları P ile yer değiştirildiğinde elde edilen BP yapısının da yapısal olarak kararlı bir yapı olduğu sonucuna vardık. 2B BP deneysel olarak elde edilmemiş olsa da yapmış olduğumuz yüksek sıcaklık moleküler dinamik ve fonon hesaplamaları normal deneysel koşullarda bu yapının yapısal kararlılıgını koruyabildiğini gostermiştir. Elektronik yapı analiz edildiğinde, BN yüksek bant aralıklı bir yalıtkan iken tek tabakalı BP yaklaşık direkt ~1.3 eV bant aralığına sahip bir yarı iletkendir. P katkılaması ile bant aralığı kontrol edilebilir şekilde değiştirilen yalıtkan yarı iletken geçişi mümkün olmaktadır. Yaptığımız çalışmalar sonucunda kararlı olduğunu bulduğumuz hekzagonal BP (h-BP)'ye Grup III-IV-V atomlarının katkılanması ve adsorpsiyonu ile oluşan yapısal ve elektriksel özelliklerdeki değişimi inceledik. Yapısal olarak yeni bir faz olan Dumbbell fazı, h-BP'nin adsorpsiyonu sırasında kilit role sahip olup ekzotermik olarak oluşmaktadır. Bu adsorpsiyon, safsızlık atomu karakteristiğine sahip atomlar sayesinde tek tabaka BP yi küçük bant aralıklı yarı iletkene dönüştürür. Al ve Ga atomları hariç eklenen atomlarla, makul sıcaklıklarda, bu alaşımlara küçük de olsa magnetik özellik kazandırılabilir. Adsorpsiyona ek olarak, Grup III-IV-V atomlarıyla tek katmanlı BP'nin katkılanması da çalışıldı. Çalışmalarımız C ve N atomlarının, deney koşullarına bağlı olarak, P atomlarının yerine katkılanabilece ğini göstermiştir. Bununla birlikte, N atomları katkılamada P atomlarını tercih ederken C atomları hem B hem de P atomları yerine katkılanabilmektedir. C atomlarının B/P atomlarının yerine katkılanması sonucu katkılanan sistem metalik özellikler kazanırken, N atomlarının P yerine katkılanması sonucu sistem direkt bant aralıklı yarı-iletkenliğini korur. Katkılama sonucu hiçbir atom sisteme magnetik özellik kazandırmamıştır. Yoğunluk Fonksiyonel Teori(YFT)'ye dayanan, son teknoloji bilgisayar hesaplamaları kullanarak P-katkılanmış h-BN and katkılanmış tek katmanlı boron fosforun yapısal ve elektriksel özellikleri incelendi.
Özet (Çeviri)
Since the synthesis of graphene with its unique properties has increased the focus on novel two dimensional (2D) materials, successively new 2D materials from either layered or non-layered materials have been synthesized following the advances in thin film growth and characterization techniques. Hexagonal boron nitride (h-BN) is the runner-up material, which is structurally stable in hexagonal honeycomb form. h-BN is an insulator whereas, it is a good thermal conductor. However, the electronic and structural properties of these 2D materials are very susceptible to doping and adsorption, as such, these properties can be altered extensively. Therefore, we have examined the phosphorization of h-BN with varying concentrations, which leads to stable 2D boron phosphide at the ultimate limit. The lattice constant of the BN16−xPx alloy have been found to increase with increasing x. The planar geometry of h-BN is deformed and alloy turns into buckled structure until x > 0.75 (corresponding to (75% P) concentration). Beyond this point, planarity is recovered and planar monolayer h-BP achieved when all N atoms are replaced with P. Although 2D BP has not been synthesized yet, phonon spectrum analysis and high temperature molecular dynamics calculations indicate the stability of the system. Interestingly, while h-BN is an insulator, h-BP is semiconductor with 1.3 eV direct band gap. Owing to decreasing of electronic band gap with increasing x, it is possible to tune the band gap of BN16−xPx alloy, allowing various device applications in nanoelectronics. After proving of the stability of h-BP in monolayer form, we have elucidated the effect of doping and adsorption on electronic and structural properties of monolayer BP with selected atoms from Group III-IV-V atoms. The Dumbbell phase has been found to play a key role to stabilize the monolayer BP upon adsorption, suggesting full coverage of the monolayer BP surface. Evenmore, this new phase forms exothermically. Adsorption also leaves monolayer BP as small gap semiconductor with impurity characteristics of adsorbants. Also, we have shown that except for Al and Ga, these impurity adatoms carry small amount of magnetic moment in moderate temperatures. In addition, we have studied the substitution of monolayer BP with Group III-IV-V atoms. Based on our calculations, we have found that C and N can substitute P atom under ambient conditions. Nonetheless, only N atom selectively substitute for P atom, whereas C atom substitutes both for B and P giving rise to possible chemical etching of monolayer BP in the presence of excess C atom. Substitution of C for B/P results in metallic state in monolayer BP, while substitution of N for P leaves monolayer BP direct gap semiconductor. It is also found that none of these substitutions makes substrate magnetic. Using state-of-the-art computational tools based on the Density Functional Theory(DFT), we have calculated the structural and electronic properties of phosphorization of monolayer h-BN and doped monolayer h-BP.
Benzer Tezler
- Amlodipin ve valsartan'ın hipertansif hastalarda perilipin, irisin ve adropin seviyelerine etkisi
The effect of amlodipine and valsartan on the level of perilipin, irisin and adropin to hypertensve patients
NERMİN AKKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
BiyokimyaTurgut Özal ÜniversitesiTıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSAMETTİN ERDAMAR
- Terkos havzasında tuzlu su girişimlerinin geçici elektromanyetik ve doğru akım özdirenç yöntemleriyle araştırılması
Investigation of saltwater intrusion in terkos basin using transient electromagnetic and direct current resistivity methods
AYÇA SULTAN ARDALI
Doktora
Türkçe
2014
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYSAN GÜRER
- Türk evlerinde yapı malzemeleri ve yapım teknikleri
Construction materials and techniques in Turkish houses
MURAT EYÜP COŞKUN
- Krizlerle mücadelede mali uyum politikaları ve mali alan ilişkisi: Türkiye açısından bir analiz
Fiscal adjustment policies and fiscal space relations on struggling with crisis: An analysis from the view point of Turkey
AYŞEGÜL DURUCAN
- Orta doğu'da yeni stratejik çevreleme girişimlerinin Türk dış politikasına etkisi: Suriye örneği
The effects of strategic containment attempts in the middle east on turkish foreign policy: The example of Syria
OĞUZHAN ERGÜN
Doktora
Türkçe
2013
Kamu YönetimiDokuz Eylül ÜniversitesiKamu Yönetimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET NAZMİ ÜSTE