Beşgen şekilli silikon (Si) nanotellerin yapısal kararlılığına ve elektronik band yapılarına Si, Ti ve V öz atomlarının etkisi
The effect of Si, Ti and V core atoms on the structural stability and electronic band structures of pentagonal-shaped silicon (Si) nanowires
Yazar: TOLGA SAİM BAŞÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. CÜNEYT BERKDEMİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Nano yapı = Nano structure ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Nanotel = Nanowire

Özet:
Geçiş metal (GM) atomları ile katkılı silikon nanokümeler ve nanoteller üzerine yapılan çalışmalardaki son gelişmeler nano-ölçekteki silikon-tabanlı cihaz bileşenleri için umut verici olan yeni tip silikon nanoyapıları üretmenin farklı bir yolunu göstermektedir. Günümüzde, farklı boyutlarda ortaya çıkan farklı düzenlerdeki atomik yapılar, nanoyapıların daha temel özelliklerinin anlaşılmasını sağlamak için deneysel ve teorik çalışmaların ilgi odağı olmaktadır. Bu tez çalışmasında çeşitli GM atomları ile katkılanan Si-tabanlı nanoteller yoğunluk fonksiyoneli teorisi kapsamında (YFT) ilk-prensipler düzlem dalga metotları kullanılarak incelenmiştir. Sonlu uzunluğa sahip Si nanotellerin yapısal kararlılığının, elektronik band yapılarının ve kuantum iletkenliğinin ilk prensipler çalışması yapılmıştır. Si-tabanlı nanoyapıların geometrileri beşgen düzlemler olarak şekillendirilmiş ev düzlemdeki her bir atom Si ile oluşturulmuştur. Daha sonra, beşgen-şekilli Si nanoyapılar, Si'nin özel bir sayısı ile en kararlı yapıları bulmak amacıyla Si, Ti ve V atomları ile katkılanmıştır. Yapısal optimizasyonlar ab-initio ultrasoft yalancı potansiyel metodu ve değiş-tokuş etkileşim enerjisi için genelleştirilmiş gradyen yaklaşımı (GGY) yardımıyla birleşik gradyen yöntemi kullanarak yapılmıştır. Birillouin bölgesi integralleri ? -X noktası için kullanılmıştır. Nanotel ekseni boyunca k-noktası örneklemesi optimizasyon için kontrol edilmiştir. Nanotelin ekseni z-ekseni olarak alınmış ve örgü parametresi üçgensel süper hücrenin örgü parametresi c ile tutarlı yapılmıştır. Nanotelin kararlılığının kaynağı, optimum yapısal parametreleri, elektronik band yapılarını ve kuantum iletkenliği inceleyerek tartışılmıştır.

Abstract:
Recent developments in transition metal (TM) atoms-doped silicon clusters and nanowires have shown a different way to produce new-types nanostructures of silicon that could hold promise for silicon-based nanoscale device components. Now a days, Different regular atomic structures occurring in different sizes are now a focus of interest of experimental and theoretical studies seeking more fundamental understanding of nanostructures. In this thesis, Si-based nanowires doped with several TM atoms are investigated by using the first-principles plane wave calculations within the density functional theory (DFT). An extensive first-principles study of the structural stability, electronic band structures and quantum conductivity of finite Si nanowires is presented. The geometries of Si-based nanostructures are shaped pentagonal planes and each atom of planes is designed with Si. After that the pentagonal-shaped Si nanostructure is doped Si, Ti and V atoms in the pursuit of finding the most stable structures with a particular number of Si. The structural optimizations are performed using an ab-initio ultrasoft pseudopotential method and the conjugate gradient technique within the generalized gradient approximation (GGA) for the exchange-correlation energy. The Brillouin zone integrations are used for the ? -X point. k-point sampling along the nanowire axis is checked for the optimizations. The axis of the nanowire is taken along the z axis, and the lattice parameter of the wire is coincided with the lattice parameter c of the tetragonal supercell. The origin of the nanowire stability is discussed by examining optimized structural parameters, electronic band structure and quantum conductivity.