Manyetik ve manyetik olmayan iki boyutlu malzemelerin akustik ve optik özelliklerine kusur etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of defects on acoustic and optical properties of magnetic and non-magnetic two-dimensional materials
- Tez No: 993903
- Danışmanlar: PROF. DR. ETHEM AKTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ab initio, Yoğunluk fonksiyonu teorisi, İki boyutlu malzemeler, Ab initio, Density function theory, Two dimensional materials
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Aydın Adnan Menderes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İki boyutlu (2B) malzemeler, ayarlanabilir yapısal, mekanik, elektronik, manyetik ve optik özellikleri sayesinde yeni nesil nanoelektronik, optoelektronik, spintronik ve kuantum teknolojileri için çok yönlü bir platform olarak ortaya çıkmıştır. Bu malzemelerin içsel özellikleri hakkındaki önemli ilerlemelere rağmen, nokta kusurların, alaşımlamanın, boyutsallığın ve heteroyapı oluşumunun fiziksel özellikler üzerindeki etkisi halen aktif bir araştırma alanı olmayı sürdürmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, seçilen manyetik ve manyetik olmayan 2B malzemeler üzerine temel prensiplere dayalı kapsamlı bir inceleme yürütülerek, yapısal motiflerin, kusurların ve dışsal pertürbasyonların yapısal kararlılığı, akustik özellikleri, elektronik yapıları, optik yanıtları ve manyetik dokuları nasıl etkilediği ve belirlediği ortaya konulmaktadır. Tezin ilk bölümünde, \textit{biphenylene} kafesinde yeniden tasarlanan MoSe$_2$ ve alaşımlı Ga$_{\text{1-x}}$Al$_{\text{x}}$N tek tabakalı yapıları incelenmiş ve geometrik yeniden yapılanma, kimyasal yer değiştirme ve mekanik anizotropinin kararlılık, mekanik dayanım, bant yapıları ve optik etkinlik üzerindeki birleşik etkileri ortaya çıkarılmıştır. İkinci bölümde ise WTe$_2$ ve MoTe$_2$ gibi geçiş metali dikalkojenitlere odaklanılarak, tabakaya bağlı etkilerin, kalkojen boşluklarının ve faz varyasyonlarının elektronik saçılma, taşıyıcı taşınımı ve ışık-madde etkileşimleri üzerinde güçlü bir şekilde belirleyici olduğu gösterilmiştir. Bu iki bölüm, tez kapsamında incelenen manyetik olmayan malzemeler sınıfını teşkil etmektedir. İzleyen bölümler ise manyetik özellik sergileyen iki boyutlu yapılara odaklanmaktadır. Üçüncü bölümde, biyolojik açıdan önemli moleküllerin---nörotransmiterler ve amino asitler---Ti$_3$C$_2$ MXene yüzeylerine adsorpsiyon mekanizmaları incelenmiş; adsorpsiyon enerjileri, yük transferleri özellikleri ve olası algılama mekanizmaları belirlenmiştir. Bunu takiben, Fe$_2$B$_2$ MBene tek tabakasında sütunlu antiferromanyetik düzenin ortaya çıkışı araştırılarak, dış manyetik alanların ve yüzey sonlandırmalarının CAFM, FM ve AFM konfigürasyonları arasında geçişlere nasıl yol açtığı gösterilmiştir. Son olarak, kusursuz ve kusur mühendisliği uygulanmış NiX$_2$ (X=Cl,Br,I) tek tabakalı yapıları ile bunların düzlemsel ve katlı heteroyapıları incelenmiş; simetri kırınımı, kusur durumları ve doğrusal olmayan manyetik dokular arasındaki ilişki ortaya çıkarılmıştır. Bu tez, farklı 2B malzeme ailelerinde kusur kaynaklı değişimleri ve heteroyapı mühendisliğini sistematik olarak inceleyerek, yapısal kusurların ve tabakaya özgü etkileşimlerin çok işlevli fiziksel tepkileri nasıl yönlendirdiğine ilişkin literatürdeki önemli bilgi boşluklarını gidermektedir. Genel olarak çalışma, yapısal topoloji, bileşimsel ayarlama, dış alanlar ve kusurların çeşitli 2B malzemelerin fonksiyonel özelliklerini nasıl değiştirdiğine dair sistematik ve karşılaştırmalı bir anlayış sunmaktadır. Böylece sunulan sonuçlar, mevcut literatürdeki birkaç önemli boşluğu gidermenin ötesinde, gelişmiş nanoelektronik, manyetik ve optoelektronik uygulamalar için istenen özelliklere sahip malzemelerin tasarımına yönelik fiziksel içgörüler de sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Two-dimensional (2D) materials have emerged as a versatile platform for next-generation nanoelectronic, optoelectronic, spintronic, and quantum technologies due to their tunable structural, mechanical, electronic, magnetic, and optical properties. Despite remarkable progress in understanding their intrinsic characteristics, the influence of point defects, alloying, dimensionality, and heterostructure formation on their physical properties remains an active field of reseach. This thesis conducts a comprehensive first-principles investigation of selected non-magnetic and magnetic 2D materials to elucidate how structural motifs, defects, and external perturbations govern their structural stability, acoustic characteristics, electronic structures, optical responses, and magnetic textures. The first part of the thesis explores various materials hosted in the \textit{biphenylene} lattice, including MoSe$_2$ and alloyed Ga$_{\text{1-x}}$Al$_{\text{x}}$N monolayers, revealing how geometric reconstruction, chemical substitution, and mechanical anisotropy collectively modulate their stability, mechanical robustness, band structures, and optical activity. The second part focuses on transition-metal dichalcogenides (TMDs), particularly WTe$_2$ and MoTe$_2$, where layer-dependent effects, chalcogen vacancies, and phase variations are shown to strongly influence the electronic dispersion, carrier transport, and light-matter interactions. These two sections constitute the class of non-magnetic materials examined within the scope of this thesis. The subsequent sections, in turn, focus on two-dimensional systems that exhibit magnetic characteristics. In the third part, the adsorption mechanisms of biologically relevant molecules---neurotransmitters and amino acids---on Ti$_3$C$_2$ MXene surfaces are examined to identify adsorption energies, charge transfer characteristics, and potential sensing pathways. Subsequently, the thesis investigates the emergence of columnar antiferromagnetic order in the Fe$_2$B$_2$ MBene monolayer, demonstrating how external magnetic fields and surface terminations can drive transitions between CAFM, FM, and AFM configurations. Finally, pristine and defect-engineered NiX$_2$ (X=Cl, Br, I) monolayers, as well as their lateral and vertical heterostructures, are analyzed to uncover the interplay between symmetry breaking, defect states, and non-collinear magnetic textures. By systematically analyzing defect-driven modifications and heterostructure engineering across diverse families of 2D materials, this thesis addresses key gaps in understanding how structural imperfections and layer-specific interactions govern their multifunctional physical responses. Overall, this thesis provides a systematic and comparative understanding of how structural topology, compositional tuning, external fields, and defects alter the functional properties of diverse 2D materials. The presented results, therefore, not only address several gaps in the existing literature but also offer physical insights that may guide the design of tailor-made materials for advanced nanoelectronic, magnetic, and optoelectronic applications.
Benzer Tezler
- Dynamic responce of two circular inclusions excited by sh wave in full space
Tam uzayda sh dalgalarıyla uyarılan iki dairesel kapsayıcının dinamik tepkisi
MEHRAN MOVAHED NEJAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDUL HAYIR
- Electronic, magnetic and mechanical properties of novel two dimensional monolayer materials
Yeni iki boyutlu tek katmanlı malzemelerin elektronik, manyetik ve mekanik özellikleri
MEHMET YAĞMURCUKARDEŞ
Doktora
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN TUĞRUL SENGER
DOÇ. DR. HASAN ŞAHİN
- Nano kompozit malzemelerin manyetik özelliklerinin modellenmesi
Modelling of the magnetic properties of nano composite materials
ERTUĞRUL CEM BOLCAL
Doktora
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. HASAN ASLAN
- Manyetik fotonik kristallerde negatif kırılma indisi incelemeleri
Negative refraction index investigations in magnetic photonic crystals
EKREM DEMİREL
Doktora
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEKİR AKTAŞ
- Temel prensı̇pler yöntemı̇ kullanarak ı̇kı̇ boyutlu yüzeyler üzerı̇nde nanokümelerı̇n büyütülmesı̇
Growth of nanocluster on two dimensional surface by using first principles methods
YELDA KADIOĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiAydın Adnan Menderes ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OLCAY ÜZENGİ AKTÜRK