Bazı matlockite tipi bileşiklerde yüksek basınç altında yapısal faz dönüşümleri ve dönüşüm mekanizmasının incelenmesi
Structural phase transformations and introduction of transform mechanism in some matlockite type compounds under high pressure
Yazar: MEHMET CANPOLAT
Danışman: PROF. DR. ZİYA MERDAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektronik özellikler = Electronic properties ; Entalpi = Enthalpy ; Faz dönüşümleri = Phase transformations ; Yüksek basınç = High pressure

Özet:
Bu çalışmada BiOX (X=F, Cl ve I) bileşiklerinin yapısal ve elektronik özellikleri yüksek hidrostatik basınç altında yoğunluk fonksiyonel teorisi çerçevesinde Siesta paket programı kullanılarak çalışıldı. BiOX çevresel şartlarda uzay grubu P4/nmm olan tetragonal matlockite tipi yapıda kristalleşir. Bu yapı üzerine kademeli olarak artan basınçlar uygulandığında BiOF bileşiğinde uzay grubu Cmcm olan ortorombik bir yapıya faz dönüşümü gerçekleşirken, BiOCl ve BiOI bileşiklerinde uzay grubu Pmmn olan başka bir ortorombik yapıya faz dönüşümü gerçekleşmiştir. Bu faz dönüşümleri toplam enerji ve entalpi hesaplamaları ile incelenmiştir. Bu hesaplamalara göre BiOF, BiOCl ve BiOI sırası ile 19.6 GPa, 7 GPa ve 6.1 GPa'da tetragonal yapıdan ortorombik yapıya dönüşmüştür. Bu iki yapı için elde edilen örgü parametresi ve hacim gibi bazı fiziksel özellikleri de hesaplanmıştır. Ek olarak BiOX bileşiklerinin basınç varlığında elektronik yapısındaki değişimler yüksek simetri yönleri boyunca hesaplanmıştır. BiOF, BiOCl ve BiOI, 0 GPa basınç altında band aralığına sahip olduklarından dolayı yarı iletken özellik sergilemektadir. Yüksek basınç altında ise BiOF ve BiOCl, yarı iletken özellik sergilemesine rağmen BiOI metalik özellik sergilemektedir.

Abstract:
In this study, the structural and electronic properties of BiOX (X=F, Cl and I) compounds were studied under high hydrostatic pressure within the framework of density functional theory using the Siesta package program. Under ambient conditions, BiOX crystallizes in a tetragonal matlockite type structure with space group P4/nmm. When gradually increasing pressures are applied on this structure, phase transformation to an orthorhombic structure with space group Cmcm occurred in BiOF compound, while phase transformation to another orthorhombic structure with space group Pmmn in BiOCl and BiOI compounds. These phase transformations were investigated with total energy and enthalpy calculations. According to these calculations, BiOF, BiOCl and BiOI transformed from tetragonal to orthorhombic structure at 19.6 GPa, 7 GPa and 6.1 GPa, respectively. Some physical properties such as lattice parameter and volume obtained for these two structures were also calculated. In addition, changes in the electronic structure of BiOX compounds in the presence of pressure were calculated along the high symmetry directions. BiOF, BiOCl and BiOI exhibit semiconductor properties due to their band gap under 0 GPa pressure. Under high pressure, although BiOF and BiOCl exhibit semiconductor properties, BiOI exhibits metallic properties.