Mxene kristalleri tabanlı iki boyutlu malzemelerin fiziksel özelliklerinin yoğunluk fonksiyoneli teorisiyle (DFT) incelenmesi
Density functional theory (DFT) investigation of the physical properties of Mxene crystals based two dimensional materials
Yazar: ERDEM BALCI
Danışman: PROF. DR. SAVAŞ BERBER
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya = Chemistry
Dizin: Ab initio = Ab initio ; Heteroeklem = Heterojunction ; Metal-yarı iletken sistemler = Metal-semiconductor systems ; Tabakalı yarı iletkenler = Layered semiconductors ; Yarı yalıtkan kristaller = Semi-insulating crystals ; İnce tabaka = Thin layer

Özet:
Topolojik yalıtkanlar ve MXenes, fizikte son zamanların en dikkat çeken konularındandır. Gelecek teknolojilerin malzemeleri olarak düşünülen bu materyallerin fiziksel olarak araştırılmasının önemi yakın zamanda anlaşıldı. Malzemelerin elektronik özelliklerinin sınıflandırılmasında topolojik özelliklerin kullanılması, bu alanda hem kavrayış açısından hem de ilginç fiziksel özellikleriyle devrim yarattı. Topolojik özellikler içermesi ve zengin elektronik yapısıyla MXenes, gelecek vaadeden önemli bir malzeme ailesidir. Bu tez çalışmasında Sc2C(OH)2 MXene tabakasının topolojik elektronik özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisi yardımıyla araştırıldı. Bu sistemde topolojik karakter çeşitli yöntemler ile ortaya çıkarıldı. Bu yöntemler sırasıyla: Si veya Ge atomlarının C ile yer değiştirme kusuruyla, yapıya elektrik alan veya yük transferiyle ve malzemenin dipol yüzeyler ile etkileşmesidir. İlk defa s-pd orbital değiş-tokuşuna dayanan topolojik yalıtkan Sc2C(OH)2 MXene'de bulundu.
Tezin diğer aşamasında günümüz teknolojisinin en önemli bileşenlerinden olan manyetik tünelleme eklemlerinden geçen spin akımlarının oranına bağlı olarak değişen tünelleme manyetik direnç (TMR), MXenes heteroyapıları açısından incelendi. Oluşturulan Mn2CF2/Ti2CO2/Mn2CF2 ekleminde kenarlardaki Mn2CF2 elektrotların manyetik yönelimlerine, uygulanan voltaja ve üç ayrı ara yalıtkan tabaka Ti2CO2 kalınlığına göre sistemden geçen spin akımları araştırıldı. Üç bariyer kalınlığında akım değerleri değişmektedir ama TMR en yüksek 10^6 ve 0-1 V aralığında 10^3'ün üzerinde kalmaktadır. MXenes temelli bu yapılar teknolojik uygulamalar açısından umut vermektedir.

Abstract:
Topological insulators and MXenes are one of the most notable topics in physics lately. The importance of the physical investigation of these materials, which are considered to be the materials of future technologies, has recently been realized. The use of topological properties to classify the electronic properties of materials revolutionized this area, both in terms of insight and with interesting physical properties. MXenes is a promising material family with its topological features and rich electronic structure. In this thesis study, the topological electronic properties of Sc2C(OH)2 MXene layer were investigated with the help of density functional theory. In this system, the topological character was revealed in various methods. These methods are as follows: Si or Ge atoms with C subsitution defect, electric field or charge transfer to the structure and the interaction of the material with dipole surfaces. For the first time, the topological insulator Sc2C(OH)2 based on s-pd orbital exchange was found in MXene.
In the other stage of the thesis, the tunneling magnetic resistance (TMR), which changes according to the ratio of spin currents passing through the magnetic tunneling joints, which is one of the most important components of today's technology, is examined in terms of MXenes heterostructures. In the Mn2CF2/Ti2CO2/Mn2CF2 junction, the spin currents passing through the system were investigated according to the magnetic orientations of the electrodes at the edges, the applied voltage and the thickness of the three separate insulating layers Ti2CO2. The current values vary with the thickness of the three barriers, but the TMR, which is maximum 10^6, remains above  up to of 10^3 for between 0 to 1 V bias voltage. These MXenes-based structures are promising for technological applications.