Νέα νανοδομημένα σύνθετα υλικά από πρώτες αρχές και ημι-εμπειρικούς υπολογισμούς
Authors: Μπόκας Γεώργιος 
Published: September 2021

Στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν με υπολογισμούς συ- ναρτησιακού πυκνότητας φορτίου καθώς και με τη χρήση μοριακής δυναμι- κής νανοσυσσωματώματα και νανοδομές οι οποίες εμπεριέχονται στις μεταλλι- κές υάλους. Οι πολύ καλές ιδιότητες που παρουσιάζουν τα συγκεκριμένα υλικά έχουν κινήσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας και πολλές έρευνες γίνονται πάνω στο συγκεκριμένο τομέα.Ερευνήθηκε ο ρόλος των εικοσαεδρικών νανοσυσσωμάτων στην στερεοποί- ηση και στην μηχανική συμπεριφορά διμεταλλικών υάλων Cu-Zr και βρέθηκε ότι οι αλλαγές που υφίσταται η μεταλλική ύαλος υπό την επίδραση μηχανικής παραμόρφωσης έχει άμεση επίπτωση στην ηλεκτρονιακή πυκνότητα καταστά- σεων. Επίσης, βρέθηκε ότι μελετώντας μόνο τα εικοσαεδρικά νανοσυσσωμα- τώματα μπορούν να εξαχθούν πληροφορίες για τη συμπεριφορά ολόκληρης της μεταλλικής υάλου. Έπειτα, ακολούθησε εμπεριστατωμένη μελέτη στα εικοσα- εδρικά νανοσυσσωματώματα ώστε να βρεθεί η επίδραση της στοιχειομετρίας στις ιδιότητες των εικοσαεδρικών νανοσυσσωμάτων, καθώς επίσης και ο ρό- λος των προσμίξεων μέσα σε αυτές τις νανοδομές. Βρέθηκε ότι οι προσμίξεις εισαγάγουν νέες ιδιοκαταστάσεις σε χαμηλές ενέργειες όπου χαρακτηρίζονται από ισχυρούς δεσμούς. Ακόμα, βρέθηκε ότι με την ύπαρξη ενός ατόμου με p ηλεκτρόνια σθένους δημιουργείται ένα επίπεδο στο οποίο δεν υπάρχουν καθό- λου δεσμοί. Αυτό το επίπεδο μπορεί να χαρακτηριστεί ως ανάλογο των επιπέ- δων ολίσθησης στα κρυσταλλικά υλικά και η δημιουργία του μπορεί να αυξήσει την ολκιμότητα της μεταλλικής υάλου, που είναι και ένα από τα σημαντικότερα μειονεκτήματά της. Τέλος, βρέθηκε ότι είναι πιθανή η δημιουργία των συγκε- κριμένων επιπέδων και για προσμίξεις με και d τύπου ηλεκτρόνια στην στοιβάδα σθένους τους, μέσω της μεταφοράς φορτίου στη p στοιβάδα τους.Στη συνέχεια, ερευνήθηκε ο ρόλος που παίζει η διάταξη των ατόμων στις συ- γκεκριμένες νανοδομές καθώς επίσης και στα υπερ νανοσυσσωματώματα (δύο αλληλοσυνδεδεμένα εικοσαεδρικά νανοσυσσωματώματα). Βρέθηκε ότι με μια μικρή αναδιάταξη των ατόμων δημιουργούνται διαφορετικού είδους υβριδισμοί κοντά στην ενέργεια Fermi. Άλλοτε τα d τύπου ηλεκτρόνια που συμμετέχουν στους υβριδισμούς είναι T2g και άλλοτε είναι Eg, γεγονός που υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχει ένα φαινόμενο παρόμοιο με το Jahn-Teller και μέσω της ανα- διάταξης των ατόμων να υπάρχει απορρόφηση της εξωτερικά επιβαλλόμενης ενέργειας που ασκείται στην μεταλλική ύαλο. Επίπεδα χωρίς δεσμούς βρέθηκαν και στις περιπτώσεις των υπέρ-νανοσυσσωμάτων μόνο που επειδή υπάρχουνδύο άτομα προσμίξεων στη νανοδομή δημιουργούνται δύο τέτοια επίπεδα, τα οποία όμως είναι συνδεδεμένα και διατρέχουν αντιδιαμετρικά τη συγκεκριμένη νανοδομή. Βρέθηκε ακόμα ότι κατά την μηχανική παραμόρφωση υπάρχει συ- νεχώς δημιουργία και καταστροφή εικοσαεδρικών νανοσυσσωμάτων τα οποία συνδέονται μεταξύ τους δημιουργώντας υπέρ-νανοσυσσωματώματα τα οποία προσανατολίζονται παράλληλα στον άξονα που ασκείται η παραμόρφωση.Τέλος, μελετήθηκαν συστήματα όγκου και βρέθηκε ότι οι ηλεκτρονιακές τους ιδιότητες είναι αντίστοιχες με τις ηλεκτρονιακές ιδιότητες των εικοσα- εδρικών νανοσυσσωμάτων και επίσης κατασκευάστηκαν συστήματα που πα- ρουσιάζουν αυξημένη ολκιμότητα λόγω της ύπαρξης επιπέδων χωρίς δεσμούς (αντίστοιχα με τα επίπεδα ολίσθησης στα κρυσταλλικά υλικά) καθώς επίσης και αυξημένη ικανότητα σχηματισμού υάλου λόγω του ψεύδο-χάσματος που πα- ρουσιάζεται στην ενέργεια Fermi. Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης διδα- κτορικής διατριβής θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για το σχεδιασμό νέων μεταλλικών υάλων με επιθυμητές ιδιότητες και αυξημένη ικανότητα σχηματι- σμού υάλου, όπως για παράδειγμα Cu-Zr-Al-Nb.