LnScO3(Ln = Eu, La, Nd, Sm, Pr, Tb) bileşiklerinin elektronik, mekanik, dinamik ve optik özelliklerinin incelenmesi: AB initio hesabı
Investigation of electronic, mechanical, dynamic and optical properties of LnScO3(Ln = Eu, La, Nd, Sm, Pr, Tb) compounds : AB initio calculation
Yazar: FEHİME HAYAL GEÇİT
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÇABUK
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elastik sabitler = Elastic fixed ; Fononlar = Phonons ; Nadir toprak elementleri = Rare earth elements ; Optik sabitler = Optical constants ; Termodinamik özellikler = Thermodynamic properties

Özet:
Bu tez çalışmasında, nadir-toprak skandiyumlu LnScO3 (Ln = Eu, La, Nd, Pr, Sm, Tb) bileşiklerinin ortorombik yapıda yapısal, elektronik, mekanik, titreşim, termodinamik ve optik özellikleri GGA ve GGA+U yaklaşımları ile ab inito metodu kullanılarak incelendi. LnScO3 bileşiklerinin fiziksel büyüklükleri Hubbard-U düzeltme parametre değerine (0 < U ≤ 10 eV) bağımlılığı detaylı olarak incelenmiştir. Durum yoğunluğu ve elektronik bant yapısı hesaplamaları, LnScO3 bileşiklerinin yalıtkan bir malzeme olduğunu ve Γ-Γ noktasında doğrudan elektronik bant aralığına sahip olduğunu göstermiştir. GGA (+U) hesaplaması, Sc-3d ve O-2p durumları arasında güçlü bir hibritleşmenin olduğunu gösterir. Nadir-toprak (Ln)-5d durumları bu hibritleşmeye bir miktar katkıda bulunmaktadır. Elektronik yük dağılımı, (P)DOS ve BEC hesaplama sonuçları, LnScO3 bileşiklerinin bağlanma davranışının kovalent ve iyonik doğanın bir kombinasyonu olduğunu göstermektedir. Hesaplanan elastik sabitler, bu bileşiklerin mekanik kararlılığa sahip olduğunu göstermektedir. Elastik sabitler kullanılarak hem GGA hem deGGA+U'da hacim, kayma ve Young modülü, Poisson oranı, anizotropi faktörü, ses hızı ve Debye sıcaklığı hesaplanmıştır. Bileşiklerin fonon dispersiyon eğrileri ve fonon durum yoğunlukları hesaplanmış olup, bileşiklerin tüm fonon titreşim kipleri Brillouin bölgesinde pozitif olmasından dolayı bu bileşikler dinamik olarak kararlıdırlar. Bileşiklerin entropi, ısı kapasitesi, iç enerji ve serbest enerji gibi termodinamik özellikler incelenmiştir. Sonuçlarımız, GGA hesaplamalarında Hubbard-U teriminin uygulanmasından yapısal ve elektronik özelliklerin etkilendiğini ve hesaplanan örgü sabitlerinin, bağ uzunluğu ve bağ açılarının deneysel değerlerden daha fazla saptığını, elektronik bant aralığının ise deneysel değerlere yaklaştığını göstermektedir.

Abstract:
In this thesis, the structural, electronic, mechanical, vibrational, thermodynamic and optical properties for rare-earth scandate LnScO3 (Ln= Eu, La, Nd, Pr, Sm, Tb) compoundsin orthorhombic structure were investigated using ab inito method within GGA and GGA+U approaches. The dependence of the physical quantities of LnScO3 compounds on the Hubbard-U correction parameter value (0 < U ≤ 10 eV) was examined in detail. The density of state and electronic band structure calculations showed that LnScO3 compounds are an insulating material and have a direct electronic band gap at the Γ-Γ point. The GGA (+U) calculations show that there is strong hybridization between the Sc-3d and O-2p states. Rare-earth (Ln)-5d states contribute somewhat to this hybridization. The electronic charge distribution, (P)DOS and BEC calculation results show that the binding behavior of LnScO3 compounds is a combination of covalent and ionic nature. The calculated elastic constants show that these compounds have mechanical stability. Bulk, shear and Young's modulus, Poisson's ratio, anisotropy factor, sound velocity and Debye temperature were calculated for both GGA and GGA+U using elastic constants. The phonon dispersion curves and phonon state densities of the compounds were calculated and since all phonon vibrational modes of the compounds are positive in the Brillouin region, these compounds are dynamically stable. Thermodynamic properties of compounds such as entropy, heat capacity, internal energy and free energy were investigated. Our results show that the structural and electronic properties are affected by the application of the Hubbard-U term in GGA calculations and the calculated lattice constants, bond length and bond angles deviate more from the experimental values, while the electronic band gap approaches the experimental values.