Mg₃XO₄ (X = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) malzemelerinin fiziksel özelliklerinin ab-initio ile incelenmesi
Ab-initio investigation of physical properties of Mg₃XO₄ (X = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) materials
- Tez No: 965591
- Danışmanlar: PROF. DR. NİHAT ARIKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Katıhal Fiziği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 78
Özet
Malzeme geliştirme, büyük ölçüde tasarım ve teorik analizlere dayanmaktadır. Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT), bu hedefe ulaşmada güçlü bir araçtır. Bu çalışmada DFT kullanılarak, Mg₃XO₄ (X = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) bileşiklerinin yapısal, elastik, mekanik, termodinamik, elektronik ve dinamik özellikleri kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Mg₃XO₄ (X= Cr, Mn, Fe, Co, Ni) bileşikleri için hesaplanan oluşum enerjilerinin negatif olması, bu malzemelerin sentezlenebilir ve dinamik olarak kararlı olduğunu göstermektedir. Malzemelerin elastik sabitlerindeki değişim, tüm malzemelerin Born kararlılık kriterini sağladığını, dolayısıyla Mg₃XO₄ (X = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) bileşiklerinin mekanik olarak kararlı olduğunu göstermektedir. Elastik sabitler kullanılarak çeşitli polikristal parametreler türetilmiş ve değerlendirilmiştir. Tüm malzemelerin kırılgan, sert (Vickers sertliği) ve manyetik olduğu belirlenmiştir. Ayrıca Young modülü, Shear modülü ve Poisson oranında belirli bir ölçüde anizotropi sergiledikleri bulunmuştur. Elektronik bant yapıları incelendiğinde, Mg₃CrO₄, Mg₃MnO₄ ve Mg₃FeO₄ bileşiklerinin yarı metalik bir yapıya sahip olduğu; Mg₃CoO₄ ve Mg₃NiO₄ bileşiklerinin ise hem çoğunluk hem de azınlık enerji bantlarının Fermi seviyesini kesmesi nedeniyle metalik özellik gösterdiği belirlenmiştir. Fonon modlarının tüm frekanslarının pozitif olması, bu malzemelerin dinamik kararlı olduğunu doğrulamaktadır. Ayrıca, malzemelerin serbest enerji, entropi, özgül ısı kapasitesi, Debye ve erime sıcaklıkları, minimum termal iletkenlik ve Grüneisen parametreleri de hesaplanarak detaylı bir şekilde tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
The development of new materials depends heavily on meticulous design and theoretical analysis. Density functional theory (DFT) is widely used for this purpose. In this work, Mg₃XO₄ compounds (X = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) were investigated to explore their core properties via DFT-based simulations. A thorough examination was conducted on their structural, elastic, mechanical, thermodynamic, electronic, and dynamical features. The negative formation energies calculated for all compositions indicate their dynamic stability and feasibility for synthesis. Elastic constant values confirm that each material meets Born stability conditions. Several polycrystalline mechanical parameters were also assessed. The findings suggest these compounds tend to be brittle, exhibit notable Vickers hardness, and display magnetic behavior. Anisotropy was observed in mechanical moduli such as Young's modulus, shear modulus, and Poisson's ratio. Band structure results show that Mg₃CrO₄, Mg₃MnO₄, and Mg₃FeO₄ exhibit semi-metallic nature, while Mg₃CoO₄ and Mg₃NiO₄ behave metallically, with spin bands overlapping the Fermi level. Phonon dispersion analysis confirms dynamical stability, as all frequencies are positive. Additionally, thermodynamic parameters including free energy, entropy, heat capacity, Debye temperature, melting point, thermal conductivity, and Grüneisen parameter were calculated to further characterize these materials.