Skyrmion davranışı gösteren iki boyutlu malzemelerin dizaynı
Design of two dimensional materials exhibiting skyrmion
Yazar: TAYLAN GÖRKAN
Danışman: PROF. DR. ETHEM AKTÜRK
Aydın Adnan Menderes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Amaç: Bu tez çalışmasında Gd2B2, GdxSiy, NiI2 ve Ni-tabanlı Janus NiIBr, NiICl ve NiBrCl iki boyutlu malzemeleri; mekanik, elektronik ve manyetik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla incelenmiştir.
 Materyal ve Yöntem: Tez kapsamında incelenen malzemelere ait hesaplamalar, yoğunluk fonksiyoneli teorisi ve Monte Carlo simülasyon yöntemleri kullanılarak yapılmıştır. 
Bulgular: Kohesif enerji, fonon dağılım bağıntıları ve moleküler dinamik simülasyonları, elde edilen tüm iki boyutlu malzemelerin kararlı olduklarını göstermiştir. Gd2B2 iki boyutlu malzemesinin 550K Curie sıcaklığına ve yüksek manyetokristal anizotropi enerjilerine sahip olduğu ve bu değerlerin gerilme/sıkıştırma etkisiyle ayarlanabilir olduğu bulunmuştur. İki boyutlu GdxSiy malzemelerinin manyetik özelliklerinin tabaka sayısına ve gadolinyum atomunun istiflenmesine bağlı olarak değiştiği bulunmuştur. NiI2 kristalinden başlayarak, bu kristalin Janus formları olan NiIBr, NiICl ve NiBrCl kararlı tek tabaka yapıları elde edilmiştir. Bu yapılarda değişen manyetik alan şiddetine göre farklı skyrmion fazları gözlemlenmiştir.  
Sonuç: Gd2B2 ve GdxSiy, iki boyutlu malzemelerine ait manyetik faz geçiş sıcaklıkları belirlenmiş ve spintronik uygulamalar için uygun malzemeler oldukları teorik olarak gösterilmiştir. Ni tabanlı Janus malzemeler için skyrmion oluşumları incelenmiş ve manyetik frustration - DM arasındaki etkileşimin skyrmion varlığını baskıladığı ortaya çıkarılmıştır.

Abstract:
Objective: In this thesis, Gd2B2, GdxSiy, NiI2, and Ni-based Janus NiIBr, NiICl, and NiBrCl two-dimensional materials are investigated to determine their mechanical, electronic, and magnetic properties.
Materials and Methods: Calculations of the examined materials were performed within the scope of density functional theory and Monte Carlo simulation methods.
Results: Cohesive energy, phonon distribution relations, and molecular dynamics simulations showed that all related two-dimensional materials were stable. It was found that the two-dimensional Gd2B2 has a Curie temperature of 550K and high magnetocrystalline anisotropy energies, and these values can be adjusted by the effect of tensile/compressive strain. It has been found that the magnetic properties of two-dimensional GdxSiy materials vary depending on the number of layers and the stacking type of the gadolinium atom. Starting from the NiI2 crystal, stable Janus monolayer structures of NiIBr, NiICl, and NiBrCl were generated theoretically. Different skyrmion phases were observed in these Janus structures according to the varying magnetic field strength.
Conclusion: The magnetic phase transition temperatures of Gd2B2 and GdxSiy are determined and it was theoretically shown that they are suitable materials for spintronic applications. Skyrmion formations were investigated for Ni-based Janus materials and it was revealed that the interaction between magnetic frustration and DM suppressed the formation of skyrmion.