Structural, electronic and magnetic properties of group III monochalcogenide nanoribbons
Grup III monokalkojenür nanoşeritlerin yapısal, elektronik ve manyetik özellikleri
- Tez No: 944511
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEYMUR JAHANGIROV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- 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 (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İki boyutlu (2B) grup III–VI malzemeler (MX'ler) olağanüstü optoelektronik ve termoelektrik özellikler göstermektedirler, bu nedenle bu malzemelerin nanoşeritleri (NŞ'ler) son yıllarda kuasi tek boyutlu (kuasi-1B) nanoyapılar olarak yoğun ilgi görmüştür. En kararlı 2B monolayer polimorfın 1H fazı olması sebebiyle, literatürdeki çalışmalar ağırlıklı olarak 1H fazlı MX NŞ'lerine odaklanmıştır; ancak 1T fazlı NŞ'ler neredeyse hiç incelenmemiştir. Bu eksikliği gidermek amacıyla, yoğunluk fonksiyonel teorisine dayalı ab initio simülasyonlar ile hidrojen pasivasyonlu ve pasivasyonsuz 1T ile 1H fazlı GaS, GaSe ve InSe zigzag (ZNŞ) ve koltuk (KNŞ) kenarlı NŞ'lerinin termodinamik kararlılıkları sistematik olarak karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, 34 nm'e kadar olan genişliklerde, çağdaş deneysel üretim teknikleriyle gerçekleştirilmesi mümkün bir aralıkta, apolar 1T fazlı MX ZNŞ'lerinin, polar 1H fazlı MX ZNŞ'lerine kıyasla termodinamik olarak daha kararlı olduğunu göstermektedir. Buna karşılık, hem 1H hem de 1T fazlı ANR'ler apolar olduğundan, 1T sadece pasivasyonsuz durumlarda, InSe ANR'lerde en fazla 3,3 nm'ye kadar olan çok dar genişliklerde daha kararlıdır. Ayrıca, metalik davranış sergileyen 1H ZNŞ'lerin aksine, 1T fazlı ZNŞ'ler yarıiletken karakterini koruyarak üst valans bandında Meksika şapkası biçimli (MSB) bant yapısını muhafaza etmektedir. Buna ek olarak, 1T InSe NŞ'lerin hidrojenasyon enerjileri pozitif olup, kenar-yerelleşmiş durumlar nedeniyle pasivasyonsuz 1T ZNŞ'ler neredeyse düz üst valans bantlarına sahiptir. Söz konusu elektronik özellikler, 1T fazlı MX NŞ'lerinin spintronik uygulamalarda kullanımı için önemli fırsatlar sunmaktadır. Çalışmamızda, deşik katkılanması sonucunda bu MX NŞ'lerinin geniş bir taşıyıcı yoğunluğu aralığında gezici manyetizasyon geliştirdiğini ve yalnızca bir spin kanalının Fermi seviyesini kestiği yarı-metal davranışı sergilediğini gösteriyoruz. Ayrıca, söz konusu NŞ'lerin spin polarizasyon enerjileri (SPE), 2B karşıtlarına kıyasla önemli ölçüde arttığını ve ferromanyetik durumun daha güçlü bir şekilde kararlı hale geldiğini ortaya koymaktayız. NŞ'lerde SPE'nin, taşıyıcıların genişlik boyunca kenarlarda lokalize olma derecesine güçlü şekilde bağımlı olduğunu ve bunun da kenar pasifleştirmesi, genişlik ve kenar şekli gibi faktörlere bağlı olduğunu açıklıyoruz. Genel olarak, bu çalışma, belirli kritik genişliklerin altında yeni 1T MX NŞ'lerin termodinamik kararlılığı ile elektronik ve manyetik özellikleri arasındaki kritik etkileşimi vurgulayarak, söz konusu yapıların spintronik ve nanoelektronik uygulamalardaki potansiyelini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Owing to the promising optoelectronic and thermoelectric properties of two-dimensional (2D) group III–VI materials (MXs), their nanoribbons (NRs) have attracted notable attention as an emerging class of quasi-one-dimensional (quasi-1D) nanostructures. Due to the fact that the most stable 2D monolayer polymorph of MXs is the 1H phase, to date, existing studies in the literature have predominantly focused on the NRs formed from 1H phase MXs. Nevertheless, NRs of the 1T phase have received little to no attention. Employing ab initio simulations based on density functional theory, we systematically compared the thermodynamic stability of hydrogen-passivated and unpassivated 1T and 1H zigzag (ZNR) and armchair (ANR) edge NRs of GaS, GaSe, and InSe. Our results reveal that nonpolar 1T phase MX ZNRs are thermodynamically more favorable than polar 1H MX ZNRs at widths up to 34 nm, a range that is realizable through contemporary experimental fabrication techniques. On the other hand, as both 1H and 1T ANRs are nonpolar, 1T is more favorable only in unpassivated cases in very narrow widths of up to 3.3nm in the case of InSe ANRs. Furthermore, unlike metallic 1H ZNRs, 1T ZNRs remain semiconductors and retain Mexican-hat-shaped (MHS) top valence bands. Complementarily, hydrogenation energies of 1T InSe NRs are positive, and due to the edge-localized states, the 1T unpassivated ZNRs possess nearly flat top valence bands. These electronic properties present compelling opportunities for exploiting 1T MX NRs in spintronic applications. We demonstrate that, upon hole doping, these MX NRs develop itinerant magnetization across a broad range of carrier densities and display half-metallic behavior, with only one spin channel intersecting the Fermi level. Moreover, the spin-polarization energies (SPE) of these NRs increase remarkably relative to their 2D counterparts, indicating stronger stability of the ferromagnetic state. We elucidate that the SPE of NRs strongly depends on the degree of edge-localization of the carriers along the width of NRs, which in turn depends on the edge passivation, width, and edge shape of NRs. Overall, this study highlights the critical interplay between the thermodynamic favorability of the novel 1T phase MX NRs below certain critical widths and the resulting electronic and magnetic properties, which together enable their promising applications in spintronics and nanoelectronics.
Benzer Tezler
- Doğuştan kalça çıkıklı hastalarda kalça patolojilerinin bilgisayarlı tomografi ile değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
NECDET ŞÜKRÜ ALTUN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Ortopedi ve TravmatolojiGazi ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ORHAN ASLANOĞLU
- Dokuma kumaşlarda örgü tipinin ham kumaşın boyutları ve geometrik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
EMEL ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER
- Vecihi Bey'in hikayelerinde fiktif yapı
Başlık çevirisi yok
MEHMET ÖNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Türk Dili ve EdebiyatıGazi ÜniversitesiTürk Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SADIK TURAL
- Plazma arkı eldesi ve yüzey bölgesi modifikasyonunda kullanılabilirliği
Başlık çevirisi yok
ÖZKAN ÖZİPEKLİLER
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİM DEMİRCİ
- Enez kili ve asitle etkileşmesinin kristal yapı bakımından x-ışını kırınım yöntemi ile incelenmesi
Başlık çevirisi yok
NEZİHE ÇALIŞKAN
Doktora
Türkçe
1986
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİZAMETTİN ARMAĞAN