Geçiş metali dikalkojenitlerde elektronik faz geçişleri
Electronic phase transitions in transition metal dichalcogenides
Yazar: OĞUZHAN ORHAN
Danışman: PROF. DR. SONER ÖZGEN ; DOÇ. DR. ŞENER ÖZÖNDER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Geçiş metali dikalkojenitler, son yıllarda elektronik, spintronik ve optoelektronik gibi alanlardaki uygulamaları ile dikkat çeken iki boyutlu malzemelerdir. Bu malzemeler, içsel ve dışsal etkiler sonucu elektronik faz geçişi sergileyebilme potansiyelleri ile öne çıkar. Bu tez çalışması, geçiş metali dikalkojenitlerdeki elektronik faz dönüşümlerini incelemeyi amaçlar ve bu bağlamda Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisine başvurur.
Araştırmanın ilk hipotezi, yarı iletken VS_2'nin bant aralık enerjisinin tek ve iki eksenli zorlanmalar ile ayarlanabileceği ve mekanik deformasyon ile yarı iletken fazdan metalik faza geçiş sağlanabileceği üzerine kuruludur. Çalışma sonucunda, VS_2'nin hem tek hem de iki eksenli çekme zorlanmaları sonucu bant aralık enerjisinin arttığı ve çekme zorlanması ile yarı iletkenden metalik faza geçiş yaptığı görülür.
İkinci hipotez, henüz deneysel olarak üretilmemiş VSSe'nin tek katmanlı yapıda yarı iletken olacağı ve katman sayısının artmasıyla bant aralık enerjisinin kapanacağı yönündedir. Yapılan çalışmalar, VSSe'nin tek katmanlı yapıda kararlı ve ferromanyetik yarı iletken olduğunu, katman sayısı arttıkça bant aralık enerjisinin azaldığını ve yarı iletkenden yarı metalik faza geçtiğini ortaya koyar.
Tez çalışmasının son bölümünde, yarı iletken tek katmanlı VSSe'nin dış elektrik alan ve iç manyetik düzenleme ile bant yapısının nasıl etkileneceği inceler. Elde edinilen bulgular, dış elektrik alanın VSSe'nin bant aralık enerjisini değiştirebildiğini ve yeterli alan uygulandığında yarı iletken-metal faz geçişin tetiklenebildiğini ortaya koyar. Ayrıca,. ferromanyetik düzenden antiferromanyetik düzene geçiş ile bant aralık enerjisinin azaldığı ve bant yapısında önemli değişimler olduğu görülür. Spin-orbit bağlanması incelendiğinde, VSSe'nin vadi polarizasyonuna sahip olduğu belirlenir.
Sonuç olarak, bu tez çalışmasından elde edilen bulgular, VS_2 ve VSSe'nin faz mühendisliği, vadi elektroniği ve spintronik uygulamaları için önemli bilgiler sunar.

Abstract:
Transition metal dichalcogenides are two-dimensional materials that have attracted attention in recent years for their applications in electronics, spintronics, and optoelectronics. These materials are characterized by their potential to exhibit electronic phase transitions as a result of intrinsic and extrinsic effects. The aim of this work is to study the electronic phase transitions in transition metal dichalcogenides using density functional theory.
The first hypothesis of the research is that the band gap energy of the semiconductor VS_2 can be tuned by uniaxial and biaxial strains and that mechanical deformation can lead to a transition from the semiconductor phase to the metallic phase. The results of the study show that the band gap energy of VS_2 increases under both uniaxial and biaxial tensile strain, and the transition from semiconductor to metallic phase is achieved by tensile strain.
The second hypothesis is that VSSe, which has not yet been produced experimentally, is a semiconductor in a monolayer structure and the band gap energy closes with the increase in the number of layers. The investigations revealed that VSSe is a stable and ferromagnetic semiconductor in a monolayer structure, the band gap energy decreases with increasing number of layers and it transitions from semiconductor to half-metallic phase.
In the last part of the thesis, it is investigated how the band structure of semiconducting monolayer VSSe is affected by external electric field and internal magnetic ordering. The results indicate that the external electric field is able to modulate the band gap energy of VSSe and trigger the semiconductor-metallic phase transition when sufficient field is applied. Moreover, it is observed that the band gap energy decreases with the transition from ferromagnetic to antiferromagnetic order and there are significant changes in the band structure. An analysis of the spin-orbit coupling reveals that VSSe exhibits valley polarization.
In conclusion, the results of this work provide important information for phase engineering, valleytronics and spintronics applications of VS_2 and VSSe.