Prediction of new generation two-dimensional ternary structures andinvestigation of their fundamental properties
Prediction of new generation two-dimensional ternary structures andinvestigation of their fundamental properties
- Tez No: 828100
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN DURGUN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 205
Özet
Grafenin izolasyonunun ve ola˘gan¨ust¨u ¨ozelliklerinin ortaya ¸cıkarılmasının ardından, iki boyutlu (2B) malzeme ailesi hızla geni¸slemi¸stir. Her yeni ¨uyenin sentezlenmesi yeni ¨ozelliklerle birlikte, mevcutta ve olası cihazlarda kullanılma imkanı sunar. Yeni 2B sistemleri ke¸sfetme giri¸simlerine paralel olarak, halihazırda var olan 2B yapının do˘gasından gelen ¨ozelliklerini iyile¸stirmek i¸cin alternatif bir yakla¸sım olarak ¨u¸cl¨u konfig¨urasyonların olu¸sturulması ¨onerilmi¸stir. U¸cl¨u 2B sis- ¨ temlerdeki son geli¸smelere uygun olarak, bu tezde, kristal yapılarında ¨u¸c tip element ie¸ceren 2B sistemleri tasarlanmı¸s ve ¸ce¸sitli ¨ozellikleri incelenip ortaya ¸cıkarılmı¸stır. Bu ba˘glamda, Janus Al2XX′ (X/X′: O, S, Se, Te) kristallerini, tek tabaka WXO (X = S, Se ve Te) sistemlerinin 1H, 1T ve 1T ′ Janus fazlarını ve Janus BiXY (X= S, Se, Te ve Y = F, Cl, Br, I ) nano tabakalarını dizayn edilerek, bunların yapısal, titre¸simsel, elastik, piezoelektrik ve elektronik ¨ozelliklerini ilk prensip hesaplamalarıyla incelendi. Ek olarak, penta-Si nanoribbonların sentezlenmesinden ve 2B be¸sgen sistemler ile ¨u¸cl¨u yapılardaki son geli¸smelerden esinlenerek, yeni bir ¨u¸cl¨u be¸sgen tabanlı 2B tek tabaka, yani penta-BNSi ¨onerildi ve ara¸stırıldı. Penta-BNSi kristalinin mekanik, elektronik, piezoelektrik, fotokatalitik ve optik ¨ozellikleri incelenmi¸s ve optoelektronik ve fotokatalitik uygulamalarda kullanılmaya uygunlu˘gu ortaya konulmu¸stur. Ardından, dikkatimizi yeni MA2Z4 tek tabakalı aileye odakladık. Bu motivasyondan yola ¸cıkarak tek katmanlı M Si2Z4 (M : Pd ve Pt, Z: N and P) in fiziksel ¨ozellikleri ¨uzerine kapsamlı bir ¸calı¸sma ger¸cekle¸stirdik ve Z: N ve P) yeni tek katmanlı InSiN2 (In2Si2N4) yapısını ¨onerdik. Bu ama¸cla her iki ¸calı¸smada da, tasarlanan malzemelerin temel durum konfig¨urasyonları belirlenmi¸s ve daha sonra fonon spektrum analizi ve ab initio molek¨uler dinamik (AIMD) sim¨ulasyonları kullanılarak bu nanotabakaların sırasıyla dinamik ve termal kararlılı˘gı incelenmi¸stir. Daha sonra, her yapının Raman ve kızıl¨otesi (IR) spektrumu analiz edilmi¸s ve optik fonon modlarının kar¸sılık gelen atomik yer de˘gi¸stirmeleri sunulmu¸stur. Daha sonra mekanik ¨ozellikler, d¨uzlem i¸ci rijitlik ve Poisson oranı a¸cısından incelenmi¸stir. Elektronik bant yapıları, elektronik ¨ozellikler b¨ol¨um¨unde hesaplanmı¸s ve kar¸sılık gelen enerji bandı bo¸slukları rapor edilmi¸stir. M Si2Z4 (M : Pd ve Pt, Z: N ve P) tek tabakaları i¸cin optik tepki ¸cok-cisim etkile¸simlerini hesaba katarak karma¸sık dielektrik fonksiyonunun hesaplanması yoluyla incelenir. Son ¸calı¸smamızda ise, InSiN2 nanotabakasının elektronik ve titre¸simsel ¨ozellikleri ¨uzerinde harici bir ¸cift eksenli germenin etkisi ara¸stırılmı¸s ve germe altında elde edilen ¨ozelliklerin de˘gi¸simi g¨osterilmi¸stir. U¸cl¨u 2D malzemelere odaklanan kapsamlı bir teorik ¸calı¸smanın ¨ sonucunda, incelenen kristallerin ¸cok ¸ce¸sitli nanoelektronik ve nanomekanik cihazlarda potansiyel uygulamaları olan kararlı sistemler oldu˘gu s¨oylenebilir.
Özet (Çeviri)
Consecutive to the isolation of graphene and uncovering its extraordinary properties, the dynasty of two-dimensional (2D) materials has expanded rapidly. A realization of every new member suggests novel features, holding the promise to be used in current and prospective nanodevices. In parallel with the attempts on exploring new 2D systems, the formation of ternary configurations has been suggested as an alternative approach to tailor the inherent properties of the already existing 2D structures. In accordance with recent advancements in ternary 2D systems, in this dissertation, we design and investigate the 2D systems which possess three types of elements in their crystal structure. In this regard, we design Janus Al2XX′ (X/X′: O, S, Se, Te) crystals, 1H, 1T, and 1T ′ phases of Janus WXO (X = S, Se, and Te) monolayers and Janus BiXY (X= S, Se, Te, and Y = F, Cl, Br, I ) nanosheets and investigate their structural, vibrational, elastic, piezoelectric, and electronic properties by first-principle methods. In addition, inspired by the synthesis of penta-Si nanoribbons, advancements in 2D pentagonal systems, and recent developments on ternary structures, we propose and investigate a new ternary pentagon-based 2D monolayer, namely penta-BNSi. We study the mechanical, electronic, piezoelectric, photocatalytic, and optical properties of penta-BNSi crystal and reveal its suitability to be used in optoelectronics and photocatalytic applications. Then, we focused our attention on new family of MA2Z4 monolayers. Based on this motivation, we perform a comprehensive study on physical properties of M Si2Z4 (M : Pd and Pt, Z: N and P) monolayers and suggested novel single layer of InSiN2 (In2Si2N4). For this purpose, in both studies, the ground state configurations of the designed materials are determined, and then the dynamical and thermal stability of these nanosheets are investigated using phonon spectrum analysis and ab initio molecular dynamic (AIMD) simulations, respectively. Next, each structure's Raman and infrared (IR) spectrum are analyzed, and the corresponding atomic displacements of the optical phonon modes are presented. Then, the mechanical properties are studied in terms of in-plane stiffness and Poisson's ratio. The electronic band structures are computed in the electronic properties section, and the corresponding energy band gaps are reported. For M Si2Z4 (M : Pd and Pt, Z: N and P) monolayers, the optical response is examined via calculation of the complex dielectric function by taking many-body interactions into account. In the final study, the effect of an external biaxial strain on the electronic and vibrational properties of the InSiN2 nanosheet is investigated, and the variation of the obtained properties under strain is illustrated. As a result of a thorough theoretical study focusing on ternary 2D materials, it can be said that the examined crystals are stable systems with potential applications in a wide range of nanoelectronics and nanomechanical devices.
Benzer Tezler
- Computational analysis of external store carriage in transonic speed regime
Harici yük taşımanın transonik sürat bölgesinde hesaplamalı analizi
İ. CENKER ASLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN MISIRLIOĞLU
PROF. DR. OKTAY BAYSAL
- Betonarme perdelerin çevrimsel sönümlenen enerji kapasitesinin makine öğrenmesi yöntemleri ile incelenmesi
Investigation of energy dissipation capacity of RCc shear walls with machine learning methods
BERKAY TOPALOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEP DEĞER
- Kriging interpolasyonu kullanan vekil modeller ile gemi kıç formunun viskoz direnç yönünden optimizasyonu
Aft form optimization of ships for minimum viscous resistance by using kriging metamodeling technique
HAYRİYE PEHLİVAN SOLAK
Doktora
Türkçe
2020
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER GÖREN
- UO2 yakıt peletlerinin reaktör şartlarında termal ve mikro yapı özelliklerinin incelenmesi ve sıcaklık dağılımının sınır eleman yöntemiyle hesaplanması
Study on thermal and micro structure properties of UO2 fuel pellet in reactor conditions and calculation of its temperature distribution by boundary element method
FERHAN CAN
Doktora
Türkçe
2000
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASBİ YAVUZ
- Dolgu barajların tasarımında temel ilkeler ve İ.T.Ü. Göleti
Small earth fill dams and I.T.Ü. Dam
SERHAT BATMAZ