Bizmut Katkılı Çinko Oksit Nanotellerin Spintronik, Manyetik ve Elektriksel Özelliklerinin Hesaplamalı İncelenmesi

Abstract

Bu projede, çeşitli modelleme ve simülasyon yöntemleri kullanılarak, Bi-katkılı ve Bi adsorbe eden ZnO nanotellerinin spintronik, manyetik ve elektriksel özellikleri araştırılmıştır. Yoğunluk fonksiyonel teorisi çerçevesinde gerçekleştirilen geometri optimizasyonları, elektronik yapı hesaplamaları, kusur hesaplamaları ve sonlu-sıcaklık ab initio moleküler dinamik simülasyonlarından çeşitli öngörüler çıkarılmıştır. ZnO nanotellerinin Bi ile yüzey katkılanmasının alt iletim bandı durumlarında k’da lineer olan bir spin-yörünge yarılmasına yol açtığı bulunmuştur. Bu bulgu Bi-katkılı ZnO nanotellerinde iletim elektronlarının spin-polarizasyonunun harici elektrik alanlar uygulanarak kontrol edilebileceğini göstermektedir. Böylece, Bi-katkılı ZnO nanoteller spintronik uygulamalar için aday malzeme olarak önerilmektedir. Spin-yörünge yarılma derecesinin katkı konsantrasyonunun ayarlanmasıyla ayarlanabileceği ve dış elektrik alan uygulanarak artırılabileceği de bulunmuştur. Yukarıda belirtilen spintronik özellikleri sergileyen kararlı katkılama konfigürasyonlarının makul termodinamik koşullar altında realize edilebileceği gösterilmiştir. Bizmut atomunun çinko oksit nanotelinin yüzeyine adsorpsiyonu incelenmiş ve adsorpsiyon enerjileri ve manyetik momentler, kolineer-olmayan yoğunluk-fonksiyonel hesaplamaları ile, elde edilmiştir. En düşük enerjili ekatom konfigürasyonu böylece belirlenmiştir. Bu konfigürasyonun bir eğik manyetik momente sahip olduğu bulunmuştur. Bu, manyetik moment vektörünün yönünün harici bir manyetik alan uygulanarak kontrol edilebileceği anlamına gelmektedir. Bant yapısı hesaplamaları bu öz manyetik momentin varlığının alt iletim bandı durumlarında değiş-tokuş yarılmasına neden olduğunu ortaya koymaktadır. Bu bulgular bizmut adsorpsiyonunun çinko oksit nanotellerinin manyetik işlevselleşmesine neden olduğunu göstermektedir. Bi-katkılı ZnO nanotellerinin elektriksel özellikleri, katkı atomunun konumu ve yük durumu açısından, yoğunluk-fonksiyonel süperhücre hesaplamaları ile, bölgeye özgü bir tarzda, karakterize edilmiştir. Katkı atomlarının çoğunlukla nanotel yüzeyindeki Zn atomlarının yerlerine yerleştiği ve bu nedenle ZnO'daki Bi'nin elektrik iletimine donör olarak katkı yaptığı bulunmuştur.