A first principle investigation of the effect of vacancies on structural, electronic and magnetic properties of graphene hbn (hexagonal-boron nitride) in-plane hybrid
Boşluk kusurlarının grafen/HBN (hegzagonal bor nitrür ) düzlem içi hibritinin yapısal, elektronik ve manyetik özelliklerine etkisinin ilk ilkeler yöntemi ile araştırılması
- Tez No: 666649
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM ÖZDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Endokrinoloji ve Metabolizma Hastalıkları, Electrical and Electronics Engineering, Endocrinology and Metabolic Diseases
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 74
Özet
Pratik kullanım amaçlı üretim sırasında kusur oluşturmadan ince bir grafen/altıgen bor nitrür (GBN) hibrit yaprağı üretmek neredeyse imkansızdır. Bu araştırmada, iki farklı yapı türü hakkında ayrıntılı bir tartışma yapılmıştır. İlk olarak, elmas şeklinde bir grafen (G) adası barındıran altıgen bor nitrür (h-BN) nano yaprak (XG @ h-BN) analiz edildi. İkinci olarak, elmas şekilli bir h-BN adası barındıran grafen nano yaprak (Xh-BN @ G) incelenmiştir. X, elmas şekilli adacığın boyutunu göstermekte olup 4, 9 ve 16 değerlerini almaktadır. Elmas şekle sahip olan bir adacıkta en küçük hücre altıgen biçimde olup bu hücre sayılarının toplamı X e karşı gelmektedir. Boşluk kusuru, GBN nano yapraktan bir N, C veya B atomu kopartılarak oluşturulmuştur. Kusursuz ve buşluk kusurlu GBN hibritinin kararlılığı, elektronik ve manyetik özellikleri yoğunluk fonksiyonel teori (DFT) kullanılarak kapsamlı bir şekilde analiz edildi. XG @ h-BN olarak gösterilen X boyutlu grafen adacıklı hibritlerde, G ada boyutunun (X) artmasıyla VBL ve VCI2' nin boşluk oluşum enerjisi azalmaktadır. Bununla birlikte, VC1I' nin oluşum enerjisi, grafen ada boyutundaki (X) değişimle değişmez. G ada boyutu 9 olan VCi boşluklu hibritte manyetik enerjinin negatif olduğu gözlemlendi. Araştırmalarımıza göre diğer tüm kusurlu hibritlerin manyetik enerjileri pozitif değerli bulunmuştur. VC kusurlu hibritlerin, 16G (D-VCI2) @ h-BN hariç, manyetik momente sahip olmadığı keşfedildi. VCI1 boşluklu hibritlerin tamamı çok küçük manyetik enerjiye sahip olup manyetik olmayan özellik gösterirler. Boyutu 16 olan G adası için, VCI2 boşluklu hibrid 2 μB toplam manyetik momente ve 115 meV manyetik enerjiye sahiptir. VCi boşluklu hibritlerin tamamının manyetik momenti yoktur. C boşluğu, G adasının her boyutu için, enerjik olarak en çok arzu edilen kusurdur. G ada boyutu 9 olan VBI kusurlu nano-yaprak tamsayı olmayan manyetik momente (0.4 μB) sahiptir. Ayrıca, G ada boyutu arttıkça bu hibritin manyetik momenti 1 μB'ye yükselir. Kusursuz (saf) hibritlerin tamamının manyetik momenti yoktur ve bu nedenle manyetik olmayan yapılardır. VNL boşluklu hibritlerin enerji bant aralığı, büyüyen G adasıyla azalmaktadır. Bunun sonucu olarak, G ada boyutunun daha da artmasıyla yarı iletkenden metalik özelliğe geçiş yapabileceğimiz tahmin edilebilir. Dahası, VBL kusurlu nanosheet' in enerji bant aralığı, artan ada boyutu ile genişler. Elmas şekilli h-BN adacığa sahip kusursuz hibritlerin (Xh-BN @ G) manyetik momenti yoktur ve bu nedenle manyetik olmayan yapılardır. Arayüzeyde VC kusuru olan hibritlerin, h-BN boyutu 16 olan hariç, manyetik moment içermediği keşfedildi. Benzer şekilde, VN kusurlu hibritlerin tamamı, h-BN adasının boyutu 4 olan hariç, manyetik momente sahip değildir. H-BN boyutu 9 ve 16 olan VBi boşluklu nano yapraklar en büyük manyetik enerjiye (∆EM) sahiptir. Benzer şekilde, G ada boyutu 9 ve 16 olan VBL kusurlu hibritler en yüksek manyetik enerjiye (∆EM) sahiptir. Kusursuz hibritlerin bant aralığı, artan h-BN ada boyutuyla artmaktadır. Kusurlu hibritin bant aralığı ile grafene eklenmiş h-BN ada boyutu arasında bir korelasyon (ilişki) elde etmedik.
Özet (Çeviri)
Producing a thin sheet of graphene/hexagonal boron nitride (GBN) hybrid without defect for practical applications is nearly impossible. In this research, a detailed discussion was made on two distinct types of nanosheet structures. First, a hexagonal boron nitride (h-BN) nanosheet (layout) hosts a diamond shaped graphene (G) island (XG@hBN). Second, a graphene nanosheet (layout) hosts a diamond shaped h-BN island (Xh-BN@G). X represents the size of diamond shaped island and its value is 4, 9 and 16. X is also the number of hexagonal units in diamond shaped island. A single vacancy was created by removing a nitrogen (N), carbon (C), or boron (B) atom in GBN nanosheet. The stabilities, magnetic and electronic properties of defect-free and vacancy defected GBN hybrids were analyzed by using the density functional theory (DFT) in detail. For the case of XG@h-BN nanosheets involving graphene islands with size X, the formation energies of VBL and VCI2 decrease with enlarging G island. However, the formation energy of VC1I does not vary with the size of G island (X). The magnetization energy (ΔEM) of hybrid with VCi defect is negative as the size of G island (X) is 9. Our research found that the ΔEM of other defective hybrids have positive values. The VC in hybrids with defect were discovered to possess no magnetic moment except for 16G(D-VCI2)@h-BN. The VCI1 in hybrids with defect show very small magnetization energy and non-magnetic properties. As the G island is in size 16, the VCI2 defected hybrid has a total magnetic moment of 2 μB, and a magnetization energy of 115 meV. All VCi defected hybrids do not possess magnetic moment. The C vacancy is the most energetically desirable defect for all sizes of G island. The VBI defected nanosheet has a non-integer value of magnetic moment (0.4 μB) as the G island is in size 9. All defect-free (pure) hybrids do not acquire magnetic moment and therefore they are non-magnetic structures. The band gap of VNL defected hybrid decreases with enlarging G island. As a result of this, we might expect a shift from semiconducting to metallic feature with further increase in G size. Moreover, the band gap of VBL defected nanosheet expands the G island size increases. Defect-free hybrids including diamond shaped h-BN islands (Xh-BN@G) do not acquire magnetic moment and therefore they are nonmagnetic structures. The VC defects at the interface of hybrids were discovered to possess no magnetic moment except for the h-BN island with size 16. Likewise, all VN defected hybrids possess no magnetic moment except for the h-BN island in size 4. The VBi defected nanosheets involving the h-BN islands in sizes 9 and 16 have the largest value of magnetization energies. Likewise, the VBL defected hybrids involving the G islands in sizes of 9 and 16 have the highest amount of ΔEM. The band gap of defect-free hybrid increases when the h-BN island increases. We could not obtain a correlation between the band gap of defective hybrid and the size of h-BN island embedded in G layout.
Benzer Tezler
- First-principles investigation of graphitic nanostructures
Grafen tabanlı nanoyapıların ilk-prensip hesaplar ile incelenmesi
HÜSEYİN ŞENER ŞEN
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
- Volgram ağır alaşımlarında başlangıç toz özelliklerinin sıvı gaz sinterlemesi yoluyla yoğunlaşma süreçlerine olan etkileri
Effects of initial powder characteristics on densificatıon processes via liquid-phase sintering in based heavy alloys
BURAK ÖZKAL
- Computational investigation of battery materials using density functional theory
Yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak pil malzemelerinin hesaplamalı incelenmesi
DOAA AASEF AHMED AHMED
Doktora
İngilizce
2023
EnerjiSakarya ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞRUL ÇETİNKAYA
- Çift girişli türbinli ve tahliyeli aşırı doldurma sistemi korelasyonu ve prototipler için optimizasyonu
Investigation of twin-scroll turbine in turborchargers and using of wastegate system effects
HÜSEYİN BERK ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR