İki boyutlu magnetik sistemlerin fonksiyonelleştirilmesi
Functionalization of two dimensional magnetic systems
Yazar: RABİA ÇAĞLAYAN
Danışman: DOÇ. DR. YEŞİM MOĞULKOÇ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, iki boyutlu magnetik CrN kristalinin elektronik ve magnetik özelliklerinin etkin bir şekilde ayarlanabilmesi amacıyla H, F, Cl ve Br atomları ile yüzey fonksiyonelleştirmesi uygulanmıştır ve hesaplamalar yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayalı ilk-ilkesel yöntemler ile yapılmıştır. Magnetik CrN tek tabakasına fonksiyonelleştirme uygulanırken muhtemel tüm kaplama konfigürasyonları (tam ve yarım kaplama) ele alınmıştır ve titreşimsel kararlılıkları incelenmiştir. Fonksiyonelleştirilen CrN'nin tüm yapıları için (H-CrN, F-CrN, Cl-CrN ve Br-CrN) yarım kaplama konfigürasyonları titreşimsel olarak kararlı bulunmuştur. Fonksiyonelleştirme sonucunda magnetik CrN'nin -elektronik ve magnetik özelliklerini etkileyen- burkulma yüksekliği kazandığı gösterilmiştir. Ayrıca fonksiyonelleştirmenin elektronik band yapıları üzerinde etkisi olduğu; H-CrN yarıiletken, F-CrN ve Cl-CrN yarım metal, Br-CrN ise metalik özellik sergilediği gözlenmiştir. Bununla birlikte, fonksiyonelleştirmenin etkisiyle magnetik CrN'nin momentlerinin azaldığı gözlenmiştir. Fonksiyonelleştirmenin magnetik CrN'nin kolay magnetizasyon eksenlerinin üzerindeki etkisi araştırılmıştır. H-CrN, F-CrN ve Cl-CrN'nin kolay magnetizasyon eksenlerinin düzlem içinde; Br-CrN'nin kolay magnetizasyon eksenlerinin ise düzlem dışında olduğu gösterilmiştir. Bunun yanında, fonksiyonelleştirilen CrN yapısının kristal alan etkisi ile d orbitallerinin yarılmaları incelenmiştir. Son olarak, fonksiyonelleştirmenin spin dalga spektrumları ve Curie sıcaklıkları üzerindeki etkisi rastgele faz yaklaşımı temel alınarak analitik olarak hesaplanmıştır. Magnetik CrN kristalinin Curie sıcaklığının fonksiyonel atomların değiştirilmesi ile etkin bir şekilde değiştirilebildiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this thesis, surface functionalization with H, F, Cl, and Br atoms has been applied to modify effectively the electronic and magnetic properties of the two-dimensional magnetic CrN crystal.  The calculations have been made using first-principles methods based on density functional theory. All possible coverage configurations (full and half coverage) are considered while applying functionalization to the magnetic CrN monolayer, and their vibrational stability is investigated. Half-coverage configurations are found to be vibrationally stable for all functionalized CrN structures (H-CrN, F-CrN, Cl-CrN, and Br-CrN). It has been shown that magnetic CrN gains buckling height as a result of functionalization, which influences its electronic and magnetic properties. Furthermore, functionalization affects electronic band structures; H-CrN is a semiconductor, F-CrN and Cl-CrN are half-metal, and Br-CrN is metallic. However, the magnetic moment of CrN is found to decrease as a result of functionalization. The influence of functionalization on the easy magnetization axes of magnetic CrN is investigated. It is determined that the easy magnetization axes of H-CrN, F-CrN, and Cl-CrN are in-plane, and the easy magnetization axis of Br-CrN is out-of-plane. Besides, splitting of d orbitals by crystal field effect of functionalized CrN structure is investigated. Finally, the effect of functionalization on spin-wave spectra and Curie temperatures is calculated analytically based on the random phase approximation. It is deduced that the selection of functional atoms can efficiently change the Curie temperature of the magnetic CrN crystal.