Metal kalkojenlerin fiziksel özellikleri
Physical properties of metal chalcogenides
Yazar: FERHAT DEMİRAY
Danışman: DOÇ. DR. SAVAŞ BERBER
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektronik özellikler = Electronic properties ; Kalkojenler = Chalcogenides ; Kristal yapı = Crystal structure ; Nano yapı = Nano structure ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Nanotel = Nanowire ; Yapısal özellikler = Structural properties ; Yoğunluk fonksiyonu teorisi = Density function theory

Özet:
Bu çalışma; Kurşun kalkojenaytlar ve Molibden kalkohalojen nanotellerin fiziksel özelliklerinin incelenmesini içermektedir. İlk olarak, Kurşun kalkojenayt bileşiklerinin ara fazda bulunan, B16 (GeS), B27 (FeB) ve B33 (CrB) yapılarındaki özellikleri incelenmektedir. Denge durumundaki örgü parametreleri, atomik pozisyonlar, bant yapıları ve durum yoğunlukları hesaplandı. Basınca bağlı olarak ara fazda bulunan yapılar arasındaki olası faz geçişleri araştırıldı. Dikkate alınan basınç aralığında B33 yapılarının toplam enerjilerinin daha yüksek olduğu ve ara fazdaki yapıların dışında tutulabileceği bulundu. Tüm geçiş basıncı aralığında PbTe B27 yapıda olmayı tercih ederken PbSe' nin ara fazı düşük basınçlarda B27 ve ?5 GPa' da B16 olmaktadır. Bu sonuç PbSe' nin ara fazının deneysel olarak belirlenmesindeki zorluğun anlaşılmasına yardım eder. PbS' in ara fazı düşük basınçlarda B27 yapıdadır ama ?8 GPa civarında B27 yapıdan B16 yapıya geçiş ile B16 yapıda olabilir. Sonuç olarak PbS ve PbSe' nin ara fazlarının B16 ve B27' de bulunması mümkün iken PbTe deneysel sonuçlarla uyumlu bir şekilde ara fazda sadece B27' ye dahil edilir. Üç yapının da elektronik yapıları denge durumunda yarı-iletkendir ve artan basınç ile bant aralığı azalmaktadır. Kısmi durum yoğunlukları Pb ve kalkojen atomları arasındaki bağlanmanın hem kovalent hem de Pb atomundan kalkojen atomuna yük transferi ile iyonik olduğunu gösterir.İkinci olarak, B2 (CsCl) yapıdaki PbS, PbSe ve PbTe bileşikleri ve bu bileşiklerin ilgili üçlü alaşımlarının PbS1-xSex, PbS1-xTex ve PbSe1-xTex yapısal ve elektronik özellikleri incelenmektedir. Dış basıncın etkisi, bağlanma enerjileri ve elektronik yapıları sunulmaktadır. İkili bileşikler için hesaplanan örgü sabiti değerleri deneysel ve daha önceki teorik sonuçlar ile uyum içindedir. Üçlü alaşımların örgü sabitleri konsantrasyon x' e lineer olarak bağlıdır. Elektronik yapıları, bant yapısı ve durum yoğunluğu hesaplamaları ile analiz edildi. Elde edilen sonuçlar kurşun kalkojenaytların hem ikili bileşiklerinin hem de ilgili üçlü alaşımlarının metalik karakterde olduğunu ve bağlanmanın hem kovalent hem de iyonik katkılara sahip olduğunu gösterdi.Son olarak, Mo6SxI10-x nanotellerin aralığındaki yapısal ve elektronik özellikleri incelendi. Optimum atomik yapılar ve örgü sabitleri tamamen İyot atomu ile dekore edilmiş Mo6I10 nanotele art arda Sülfür katkılanması ile elde edilmektedir. Nanoteller artan Sülfür içeriği ile metalik' ten yarı metalik' liğe değişmekte ve son olarak x = 2 için yarı iletken olmaktadır. Mo6SxI10-x nanotellerin ayarlanabilir manyetik ve elektronik özellikleri ile spintronik uygulamalarında kullanımı bulunabilir.

Abstract:
This study includes the analysis of the physical properties of lead chalcogenides and molybdenum chalcohalide nanowires. First, the features of lead chalcogenide compounds were examined in the B16 (GeS), B27 (FeB) and B33 (CrB) structures, are the intermediate phases. The equilibrium lattice constants, atomic positions, band structures and density of states were calculated. Pressure induced possible phase transitions were investigated for the structures in the intermediate phases. The total energies of B33 structures were found to remain higher in considered pressure range and thus B33 is excluded as the structure of the intermediate phase. The PbTe prefers to be in the B27 structure in the whole transition pressure range while the intermediate phase of PbSe is B27 at lower pressures and becomes B16 at ?5 GPa. These results help understanding the difficulties in experimental investigations of the intermediate phase of PbSe. The intermediate phase of PbS is in B27 structure at lower pressure values, but it should be in B16 structure with a B27 to B16 transition around ?8 GPa. As a result, it is possible to find the intermediate structures of PbS and PbSe in B27 and B16 while PbTe adopts only B27 as the intermediate structure, in good agreement with the experiments. The electronic structures of the three structures remain semiconducting at equilibrium, and the band gap decreases with increasing pressure. The partial density of states indicates that the bonding between the Pb atom and chalcogen has both covalent and ionic contributions with a charge transfer from the Pb atom to the chalcogen atom.Second, the structural and electronic properties for PbS, PbSe and PbTe compounds in the CsCl type structure, and their related ternary alloys PbS1-xSex, PbS1-xTex and PbSe1-xTex were examined. The effect of external pressure, binding energy and electronic structures are presented. The calculated lattice constant values for the binary compounds are in a reasonable agreement with the experimental and previous theoretical results. The lattice constants for ternary alloys have a linear dependence on the concentration x. The electronic structures were analyzed by band structure and density of states calculations. Our results show that both binary compounds and their related ternary alloys of lead chalcogenides have metallic character and the bonding has both ionic and covalent contributions.Lastly, the structural and electronic properties of Mo6SxI10-x nanowires for were reported. The optimum atomic structures and lattice constants are determined by sequential S substitution of the fully I decorated Mo6I10 nanowire. The nanowires with increasing sulfur content change from metallic to half-metallic, and finally to semiconductors for . The Mo6SxI10-x nanowires may find use in spintronics applications with their tunable magnetic and electronic properties.