Grafin-alttaş etkileşimlerinin ilk prensiplerden hesaplanması
First-principles investigation of graphene-substrate interactions
Yazar: AHMET ÇİÇEK
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ULUĞ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Yoğun madde fiziği = Condensed matter physics ; Yoğunluk fonksiyonu teorisi = Density function theory

Özet:
Grafinin 6H-SiC{0001} yüzeyleri ile etkileşimleri, ilk prensiplerden başlayan Yoğunluk Fonksiyoneli Kuramına dayalı hesaplamalarla incelenmiştir. Alttaşın doğru tanımlanması için yalın, dipol düzeltmesi uygulayarak ve gevşetilmeyen taraftaki başıboş bağları hidrojen ile doyurarak atomik gevşetmeler uygulanmıştır. Gevşetmelerin yüzey yüksekliği ve gevşetilen ikili katman sayısına bağlı yakınsama davranışları incelenmiştir. Dipol düzeltmesi uygulanan hesaplar, 6 ve 12 ikili katman kalınlığındaki yüzey dilimlerinde sırasıyla 3 ve 6 ikili katman gevşetmenin daha hızlı yakınsayan sonuçlar verdiğini göstermiştir.Grafin-6H-SiC{0001} alttaş etkileşimleri karekök(3)xkarekök(3)R30-derece modelinde incelendiğinde van der Waals etkileşimlerinin hesaba katıldığı tüm yaklaşımlar, ilk grafin tabakasının {0001} yüzeylerine kovalent bağlı olduğunu ve büyük bükülmeler sergilediğini göstermiştir. Bu tampon tabakası için Si-C bağ uzunluğu yığınsal SiC'deki değere yakın iken, ikinci grafin tabakası (0001) yüzeyinde ilk tabaka ile Bernal dizilimindeki bağ uzunluğunu korumakta ve çok daha az dalgalanma sergilemektedir. Serbest grafin band yapısı, alttaş üzerinde ikinci tabakada gözlenmektedir. (000-1) tarafında van der Waals etkileşimleri hesaba katılmadığında ilk grafin tabakası yüzeye zayıf bağlı olup, serbest grafin elektronik yapısı sergilemektedir.

Abstract:
Interactions of graphene with 6H-SiC{0001} surfaces are investigated via first principles calculations within the framework of Density Functional Theory. In order to describe the substrate correctly, bare and dipole-corrected atomic relaxations, as well as relaxations of the surfaces where the dangling bonds of the opposite unrelaxed termination are saturated by H are implemented. Convergence behavior of atomic relaxations with respect to slab thickness and the number of relaxed bilayers are investigated. Dipole-corrected computations reveal that 3 and 6-bilayer relaxations yield faster converging results in 6 and 12-bilayer thick slabs, respectively.All approaches regarding graphene-6H-SiC{0001} substrate interactions in the sqrt(3)xsqrt(3)R30-degrees model and taking van der Waals interactions into account lead to the fact that the first graphene layer on the (0001) face is covalently-bonded and exhibit significant buckling. While the Si-C bond length is close to the value in bulk SiC for this buffer layer, the second graphene layer preserves Bernal stacking bond lengths over the first one and exhibits significantly reduced height fluctuations. Free-standing graphene band structure on the substrate is observed in the second layer. Over the (000-1) face, on the other hand, omission of van der Waals inteactions lead to weakly-bonded first graphene layer exhibiting free-standing graphene electronic structure.