Transition metal dimers on gaas(110) surface: A DFT study
Gaas(110) yüzeyi üzerinde geçiş metali dimerler: Bir yoğunluk fonksiyoneli (DFT) çalışması
- Tez No: 919691
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- 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: 80
Özet
Son yirmi yılda, seyreltilmiş manyetik yarıiletkenler (DMS'ler), hem temel fizik hem de yenilikçi uygulamalar açısından büyük ilgi görmüştür. Özellikle, tekil katkılayıcıların ve bunların ana malzeme ile etkileşimlerinin incelen- mesi, solotronik olarak bilinen tekil katkılayıcılar bağlamında zengin fiziksel bilgiler sunmaktadır. Bu çalışmada, geçiş metali elementi dimer katkılayıcılarının GaAs (110) yüzeyindeki özelliklerini incelemek için Quantum Espresso yazılımını kullanarak yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) hesaplamaları gerçekleştirdik. Bu hesaplamalarda ultra-yumuşak pseudopotansiyeller (USPP) kullanılmıştır ve değişim enerjisi, spin-çözünür yoğunluk durumu (DOS), spin-çözünür projeksiyonlu yoğunluk durumu (PDOS), yapısal ve manyetik rahatlamalar ile dimerlerin bulunduğu yüzeyin taramalı tünelleme mikroskobu (STM) görüntüleri gibi özel- likler rapor edilmiştir. GaAs (110) yüzeyi BURAI yazılım paketi ile modellenmiş ve Fe, Cr, V ve Co olmak üzere dört farklı geçiş metali dimeri yüzey üzerindeki yakın ve uzak konfigürasyonlarda incelenmiştir. Katkılayıcılar manyetik özel- liklere sahip olduğundan, hem ferromanyetik (triplet) hem de antiferromanyetik (singlet) hizalanmalar dikkate alınmıştır. Çalışmamız, manyetik konfigürasyon- ların katkılayıcıların rahatlamış pozisyonlarını büyük ölçüde değiştirdiğini göstermektedir. Ayrıca, yakın ve uzak konfigürasyonlar için ferromanyetik (triplet) ve antiferromanyetik (singlet) durumlar arasındaki değişim enerjisini rapor ettik. Hesaplamalarımız sonucunda, değişim enerjisi ile dimer ayrımı arasındaki ilişkiyi belirledik ve değişim enerjisinin büyüklüğünde dimer ayrımına bağlı olarak dra- matik bir değişim gözlemledik. Çalışma sonuçlarımız, Co dimerleri dışında, Fe, Cr ve V dimerlerinin ferromanyetik (triplet) ve antiferromanyetik (singlet) hiza- lanmalar arasında makul bir değişim enerjisine sahip olduğunu göstermektedir. Bu durum, bu geçiş metali katkılayıcılarının sıfırdan farklı manyetik momentlere sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Yüzde iki oranından daha az katkılayıcı yoğunluğunda, Fe dimeri için metalik bir sistem, Cr dimeri için yarıiletken bir sistem ve V dimeri için yarı-metalik bir sistem gözlemlenmiştir. Elektronik yapı hesaplamaları (DOS ve PDOS projeksiyonları) ferromanyetik (triplet) ve antifer- romanyetik (singlet) hizalanmaların beklentileriyle uyum içerisindedir. Ayrıca, bu dimerlerin yüzey üzerindeki taramalı tünelleme mikroskop (STM) görüntüleri incelenmiş ve 1 V öngerilim altında büyük bir kontrast gözlemlenmiştir.Bu tezde, GaAs gibi yarı iletken yüzeylerin d-orbitaline sahip geçiş metalleriyle katkılan- masıyla, hızlı anahtarlama yapabilen kübitler gibi yenilikçi kuantum uygula- maları için mükemmel platformlar olma potansiyeline sahip olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, rapor edilen spin-çözünür yoğunluk durumu (DOS) ve spin-çözünür projeksiyonlu yoğunluk durumu (PDOS) hesaplamaları, bantların hibritleşmesi, orbitallerdeki değişim bölünmesi gibi fenomenleri anlamak ve gelecekteki spintronik ve optik uygulamalar için malzeme tasarımına katkıda bulunmak amacıyla kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Dilute magnetic semiconductors (DMSs) have gained appreciable interest in the past two decades. This is due to the perspectives of both fundamental physics and novel applications. They are useful in the context of single dopants (solotronics) because studying individual dopants and their interactions with the host provides rich physics. Here we carry out density functional theory calculations for transition metal element dimer dopants on GaAs (110) surface using Quantum Espresso software by employing ultra-soft pseudopotentials (USPP) and report properties such as exchange energy, spin-resolved density of states, spin-resolved projected density of states, structural and magnetic relaxations, and STM images of surface with dimers. We model the GaAs (110) surface with the BURAI software package, and we study 4 transition metal dimers on near and far configurations on the surface, Fe, Cr, V, and Co. Since the dopants are magnetic, we consider both the ferromagnetic and antiferromagnetic alignments. We show that magnetic configurations greatly alter the relaxed positions of dopants. We also report the exchange energy between ferromagnetic (triplet) and antiferromagnetic (singlet) states for near and far configurations. At the end of our calculations, we found the relationship between exchange energy and distance and reported a dramatic change in the magnitude of the exchange energy as a function of dimer separation. We also observe that except for the Co dimers, Fe, Cr, and V dimers have a reasonable exchange energy between ferromagnetic and antiferromagnetic alignments. This is due to nonzero magnetic moments on these transition metal dopants. For less than two percent of dopant ratio, we observed a metallic system for Fe dimer, a semiconducting system for Cr, and a half-metallic system for V dimers. Electronic structure calculations such as DOS and PDOS projections are in parallel with the expectations of ferromagnetic and antiferromagnetic alignments. We also study scanning tunneling microscopic images of these dimers on the surface showing a large contrast under a bias voltage of 1V. Semiconducting surfaces such as GaAs hosting transition metal dopants with d-orbitals in this thesis have the potential to be excellent platforms for novel quantum applications such as fast-switching qubits. Also, reported spin-resolved density of states (DOS) and spin-resolved projected density of states can be used to understand the hybridization of bands, exchange splitting on orbitals, and design materials for future spintronic and optical applications.
Benzer Tezler
- Yeni tip dallanmış vic-dioksim ve geçiş metal komplekslerinin sentezi
Başlık çevirisi yok
EMEL MUSLUOĞLU
- Metal içeren hekzahistidin zincirlerinin modellenmesi ve metalin amino asit etkileşimlerindeki rolünün incelenmesi
Modeling of metal-containing hexahistidine chains and examining the role of metal in amino acid interactions
ALPARSLAN NUMAN YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE YURTSEVER
- Yeni tip çözünür vic-dioksim sentezi ve komplekslerinin incelenmesi
Synthesis of new type novel socuble vic-dioxime and characteriztion of its complexes
SEHER ZERRİN ÇORUHLU
- Oktakıs (alkiltiyo)-substitue ftasoliyaninlerin sentezi ve Ag(I), Pd(II) iyonlarıyla etkileşimi
Synthesis of octakis (alklythia)-substituted phthalociyanines and their interactions with Ag(I) and Pd(II) ions
AYŞE GÜL GÜREK
- Dioxepinlerin dimetildiazomalonat/Bis(asetilasetonat) bakır (II) ile reaksiyonları
Reactions of 1,3-dioxepines with dimethyldiazomalonate/ Bis(acetylacetonato)copper(II)
BEKİR KARLIĞA