Ti2CoZ(Z=Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, P, As, Sb) ve Ti2Q(Q=Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,Zn)Si Heusler alaşımlarının elektronik ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electronic and magnetic properties of Ti2CoZ(Z=Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, P, As, Sb) and Ti2Q(Q=Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)Si Heusler alloys
Yazar: KOSTA KARANİKOLA
Danışman: PROF. DR. KEMAL ÖZDOĞAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Alaşımlar = Alloys ; Elektronik band yapısı = Electronic band structure ; Elektronik özellikler = Electronic properties ; Ferromanyetik = Ferromagnetic ; Manyetik özellikler = Magnetic properties

Özet:
1903 senesinde mühendis ve kimyacı Friedrich Heusler, Cu2MnAl alaşımının ferromanyetik özelliği olduğunu keşfetti. Daha sonra benzer alaşımlar keşfedildi. Bu elementler tek başına ferromanyetik olmadığı halde, alaşım halinde yarı metal ve ferromanyetiktir. 1934'te Heusler, Cu2MnAl alaşımında bulunan Mn atomlarının X-ışınları ile konfigürasyonunu belirledi. 1983 yılında Groot ve ekibi ilk defa yarı metal ifadesini kullandı ve daha sonra Japon araştırmacılar 1990' lı yıllarda bu malzemelerin yarı metal özelliğini kanıtladı. X2YZ formu Tam Heusler olarak adlandırılır ve kristal yapısı L21 tipindedir. XYZ formu  yarı Heusler olarak adlandırılır ve kristal yapısı C1b tipindedir. X elementi ile Y elementi d orbital elektronuna sahip geçiş metalleri, Z ise sp orbital elektronuna sahip ana grupta bulunan  IIIA, IVA ve VA elementleridir. Bu ferromanyetik olmayan elementlerle elde edilen manyetik alaşımların, farklı termal, elektriksel ve manyetik özellikler göstermeleri sebebiyle araştırmacıların ilgisini çekmiştir.  Bu özelliklerde çok fazla element olması nedeniyle çok farklı Heusler alaşımı oluşturulabilir. Bu tezde, alaşımlarla ilgili  temel bilgiler verilmiştir. Daha sonra Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi hakkında ayrıntılı bilgi verilmiş ve bu teoride kullanılan farklı yöntemler anlatılmıştır. Bu çalışmada Heusler bileşiklerinin L21 ve XA yapılarının elektronik ve manyetik özelliklerinin teorik olarak incelenmesi, ab-initio FPLO yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalar, değişim korelasyon potansiyeline genelleştirilmiş gradyan yaklaşımı (GGA) kullanılarak yapıldı. Başlangıçta temel durumu belirledik. Çeşitli manyetik fazları (ferromanyetik, antiferromanyetik, manyetik olmayan ve birkaç olası ferrimanyetik konfigürasyon) varsayarak hem L21 yapısı hem de XA yapısıı için örgü sabitinin bir fonksiyonu olarak toplam enerji hesaplamaları yaptık. Bu çerçevede Ti2QZ temelli tam Heusler ve ters Heusler alaşımlarının, herbirinin ayrı ayrı taban durum hali  yani en düşük enerji seviyeleri, ayrıca tam Heusler ve ters Heusler alaşımlarının birbiriyle kıyaslamalı taban durum hali yani en düşük enerji seviyeleri araştırıldı.

Abstract:
In 1903, the German mining engineer and chemist Friedrich Heusler discovered that the Cu2MnAl alloy has ferromagnetic properties. Later similar alloys were discovered. Although these elements are not ferromagnetic per se, they are semi-metal and ferromagnetic in alloy form. In 1934, Heusler determined the configuration of Mn atoms in the Cu2MnAl alloy with X-rays. In 1983, Groot and his team used the term semi metal for the first time, and then Japanese researchers proved the semi metal properties of these materials in the 1990s. Crystal with X2YZ spatial structure is called full Heusler, XYZ form is called semi Heusler, and is identified by L21 and C1b, respectively. Elements X and Y are transition metals with d electrons and element Z is the base group metal with sp electrons. Magnetic alloys obtained with these non-ferromagnetic elements have attracted the attention of researchers because they show different thermal, electrical and magnetic properties. Because there are so many elements with these properties, many different Heusler alloys can be formed. In this thesis, preliminary basic information about alloys is given. Then, detailed information about Density Functional Theory is given and different methods used in this theory are explained. In this study, a theoretical investigation of the electronic and magnetic properties   of the L21 and XA structures Heusler compounds was carried out using the ab-initio FPLO method.  Calculations were performed using the generalized gradient approximation (GGA) to the exchange-correlation potential. Initially, we determined the ground state. We performed total energy calculations as a function of the lattice constant for both L21 and XA structures assuming several magnetic phases (ferromagnetic, antiferromagnetic, nonmagnetic and several possible ferrimagnetic configurations).  In this context, the stable equilibrium state of Ti2QZ based full Heusler and reverse Heusler alloys, ie the lowest energy levels of each, has been investigated separately. In addition, full Heusler and reverse Heusler alloys were compared with each other to investigate the stable equilibrium state, that is, the lowest energy levels.