Katkılı germanen tabakaların yoğunluk fonksiyonel teorisi incelemeleri
Density functional theory investigations of doped germanene layers
Yazar: TUĞÇE HAN
Danışman: PROF. DR. BEYZA LİŞESİVDİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, germanyum elementinin 2B allotropu olan iki boyutlu (2B) Germanen malzemesinin Ag, Au, Cu katkılı , tabakalarının  elektronik ve optik özellikleri, yoğunluk fonksiyonel teorisi (YFT) ile incelenmiştir. Hesaplamalar spin polarize genelleştirilmiş gradyent yaklaşımı (SGGA) ve Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE) fonksiyoneli kullanılarak yapılmıştır. Bal peteği örgü yapısındaki katkılı Germanene için kararlı durumlar, oluşum enerjileri ve bağlanma enerjisi hesaplamaları ile belirlenmiştir. Saf ve katkılı Germanene yapısının elektronik bant yapıları, durum yoğunlukları (DOS, tr.DY) ile foton enerjisine bağlı dielektrik fonksiyonun reel ve sanal kısımları kullanılarak statik dielektrik katsayısı, foton enerjisine bağlı kırılma indisi, sönüm katsayısı, soğurma katsayısı ve yansıma katsayısı gibi optik özellikler incelenmiştir.  Saf Germanen tabakasında doğrusal dispersiyon mevcutken Ag, Au, Cu katkılı Germanende görülmemiştir. Ag ve Au katkılı Germanen tabakaları ile Cu katkılı Germanen tabakası sırasıyla n-tipi ve p-tipi özellik göstermektedir. Aynı zamanda Fermi seviyesine yakın durumların spin aşağı ve yukarı olarak ayrıldığı görülmüştür. Öngörülmüş durum yoğunluğu (PDOS, tr. ÖDY) grafiklerinde, saf Germanen tabakasında baskın pik pz yörüngesine ait iken, Ag safsızlıklı Germanende değerlik bandında s, iletimde ise neredeyse aynı yörüngesel katkının olduğu görülmüştür. Au safsızlıklı Germanen tabakasında değerlik s, iletim bandında px ve py etkindir. Cu safsızlığı içeren Germanen tabakasında ise Fermi seviyesi civarında etkin orbitaller px ve py'dir. Yapıların optik sonuçlarında saf Germanen tabakası için soğurma 0.01-7 eV arası iken safsızlıklı yapılarda 0.2-3 eV arasındadır. Dielektrik katsayıları incelendiğinde Cu safsızlıklı tabaka en büyük değere sahiptir. Buna ek olarak kırılma ve sönüm katsayılarında da Cu safsızlıklı Germanen tabakası en büyük sayısal değerlere sahiptir.

Abstract:
In this study, the electronic and optical properties of Ag, Au, and Cu doped Germanene structure were calculated using density functional theory (DFT), spin-polarized generalized gradient approach (SGGA), and Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) functional. Calculations have been made for doped Germanene in the honeycomb lattice structure, taking into account the formation energies of the steady states and the bonding energy of the atom. The electronic band structures of pristine and doped Germanene with the density of states (DOS), in addition to this calculation, for optical properties, static dielectric coefficient by using part of reel and imagine in dielectric function dependent on photon energy, refractive index due to photon energy, extinction coefficient, absorption coefficient, and reflection coefficient, were calculated. While there waslinear dispersion in the pure Germanene layer, it was not observed in Ag, Au, and Cu-doped Germanene. Ag and Au doped Germanene layers and Cu doped Germanene layer show n-type and p-type properties, respectively. In Projected DOS (PDOS) graphs, while the dominant peak is pz in the pure Germanene layer, there is s in the valance band in Germanene with Ag impurity and almost the same effect in the conduction band. Valance s in the Germanene layer with Au impurity, px, and py in the conduction band are effective. In the Germanene layer containing Cu impurity, the active orbitals around the Fermi level are px and py. Also, it was observed that spin splits up and down at the Fermi level. In the optical results of the structures, when the dielectric coefficients are examined, the Cu impurity Germanen nanosheet has the highest value in all of them.  The absorption is 0.01-7 eV for the pure Germanene layer, while it is between 0.2-3 eVfor the impurity structures. In addition, the Cu impurity Germanen nanosheet has the highest values in refraction and extinction coefficient.