Tight binding modeling of two dimensional and quasi-two dimensional materials
Ikı boyutlu ve ıkı boyutumsu malzemelerın sıkı bağ metoduyla modellenmesı
- Tez No: 476638
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Grafenin buluşundan itibaren, iki boyutlu (2B) malzemeler ilgina elektronik ve optik özellikleri dolayısıyla aktif bir araştırma alanı yaratmıştır. Grafen tamamen iki boyutlu bir malzemeyken, periyodik tablonun diğer IV-A grubu elementlerinin az-buruşuk yapıya sahip olduğu ve bu yapısal farklılığın elementlere bazı egzotik özellikler kazındırdıgı gösterilmıştır. Yarı iletken endüstrisinin yeni egzotik elektronik, optik ve mekanik özellikler sağlayacak yeni malzemeler bulma konusundaki çabaları bu araştırma alanının güncel ve önemli kılmaktadır. Bu tez boyunca, genel sıkı bağlama metoduyla IV-A grubuna ait 2B malzemeler üzerinde çalışıldı. Geçmişte grafen hakkında yapılan kapsamlı çalışmalar örnek alınarak, grafenin üçüncü en yakın komşu katkıları da hesaba katılarak enerji bant yapısı başarıyla hesaplandı ve sonuçların doğruluğu birçok parametre göz önünde ulundurularak test edildi. Diğer iki boyutlu altıgen yapıya sahip grafen analoglarının (silicene, germanene, stanene gibi) buruşuk yapıya sahip oldukları literatürde bulunmaktadır. Biz, 2B malzemelerde buruşmaya sebep olan bağ uzunlukları boyunca bulunan orbital projeksiyonları da göz önünde bulundurarak sıkı bağlama modeli geliştirdik ve materyallerin elektronik bağ yapılarını bu analitik model ile tekrar oluşturarak sonuçları en yakın komşu ve bir sonraki en yakın komşu katkılarını da hesaba katarak karşılaştırdık. Bu tip yapılar Dirac noktasında Dirac benzeri koni şekli ve lineer dağılım gösterdiği için, elektronik bant yapısının detaylı olarak çalışılması çok önemlidir. Kane ve Melenin Grafende kuvantum spin Hall etkisi hakkındaki meşhur makalelerinden sonra yoğun madde fizikçileri benzer olguyu diğer 2B malzemeler için de aramaya başlamıştır. Bu araştırmada biz, spin-orbit eşleşme katkısını bozulmamış Hamiltonian sistemimize başarıyla ekleyerek Dirac noktası etrafındaki ayrılmayı gösterdik. Silisenin ve diğer analog malzemelerin arklı miktarlarda buruşma ve benzer yapısal özellikler göstermesi sebebiyle, bu araştırmada tüm enerji bant yapılarını detaylı olarak inceleyebilelik. Bunun yanı sıra, bu tez yukarıda bahsedilen malzemelerin optik özelliklerini hesaplamasının üzerinde de durmuştur. Özet olarak, bu tez araştırması, karbon ailesi grubundaki altıgen 2B yapıların elektronik ve optik ozelliklerini detaylı olarak incelenmesı üzerinedır. Bu 2B malzemelerden türetilmiş yapılar (kuvantum noktası, nano şerit gibi) üzerine bu tezde sunulan sıkı bağlama metodundan faydalanarak kolayca çalışılabilir. Gelecek için önerilen çalışma konusu ise sunulan sıkı bağlama modeline nitritlerin ve geçiş metalleri dikalgocenitlerinin (TMDC) eklenmesi olabilir.
Özet (Çeviri)
Since the advent of graphene, two-dimensional (2D) materials have consistently been studied owing to their exceptional electronic and optical properties. While graphene is completely two-dimensional in nature, its other analogues from the group IV A elements in the periodic table have been proven to have a low-buckled structure which adds up the exotic properties exhibited by them. The semiconductor industry is striving for such materials exhibiting exotic electronic, optical and mechanical properties. In this thesis work we are primarily working towards a generalized tight-binding (TB) model for the 2D family of group IV A elements. Graphene has been studied extensively and we have successfully reproduced its energy band-structure accounting up to the third nearest neighbor contributions. The results have been checked extensively by performing simulations over a large set of avail- able parameters and are found to be accurate. The other graphene analogues (viz; silicene, germanene and stanene) exhibiting a hexagonal 2D structure have been reported to have a buckling associated to them. We have analytically built up a TB model by considering the orbital projections along the bond length which accounts for the buckling in these 2D structures. Electronic band-structures have been reproduced and compared by taking into account the nearest neighbor and next-nearest neighbor contributions. Since these Structures exhibit a Dirac like cone at the Dirac point and showing linear dispersion, study of electronic band-structures in detail becomes indispensable. After the famous Kane and Mele paper on Quantum Spin Hall Effect in Graphene, condensed matter physicists have been looking for similar phenomena in other 2D materials. We have successfully included the spin-orbit coupling (SOC) contribution to our unperturbed Hamiltonian and were able to produce splitting around the Dirac points. Since, Silicene and its other analogues exhibit same structure with different amount of buckling, we were able to track down the whole energy band-structure. Alongside this thesis also focuses on calculating optical properties of these materials. In essence, this thesis work is an insight to the electronic and optical properties of the hexagonal 2D structures from the carbon family group. Derived structures from these 2D materials (viz; quantum dot, nano ribbon) could easily be studied utilizing the tight-binding formulation presented here. The proposed future work is the inclusion of nitrides and transition metal dichalcogenides (TMDCs) in the TB model.
Benzer Tezler
- A theoretical study of strained monolayer transition metal dichalcogenides based on simple band structures
Tek katmanlı gerinimli geçiş metali kalkojenitleri için basit bant yapısına dayalı kuramsal bir çalışma
SHAHNAZ AAS
Doktora
İngilizce
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEYHUN BULUTAY
- Computational design and analysis of nanostructured materials for neuromorphic engineering
Neuromorfik mühendislik için nano yapılı malzemelerin hesaplamalı tasarımı ve analizi
AYKUT TURFANDA
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- Topological aspects of charge transport in quantum many-body systems
Kuantum çok parçacıklı sistemlerindeki yük taşınımının topolojik yönleri
MOHAMMAD YAHYAVI
Doktora
İngilizce
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BALAZS HETENYI
- İki ve üç boyutta topolojik yalıtkanlar
Topologi̇cal insulators in two and three dimension
ERTUĞRUL BAŞTİMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEKİR SITKI KANDEMİR
- Bir yolcu vagonunun dinamik tasarımı ve titreşim konferunun analizi üzerine bir yaklaşım
Dynamic design verification and vibratory comfort analysis of a passenger coach by using the lumped and the continious systems models
ERDAL ABA