Geçiş elementi katkılı atomik kümelerin stabilitesi ve magnetik özellikleri

Abstract

TEZİN BAŞLIĞI: Geçiş Elementi Katkılı Atomik Kümelerin Stabilitesi ve Magnetik ÖzellikleriYAZAR ADI: Semran İPEK KÜSKÜSon zamanlarda atomik kümelerin şekil ve boyut bakımından kontrollü bir şekilde üretilebilmeleri, sentezlenen bu yapıların ilginç elektronik ve optik özelliklere sahip olmaları ve nanoteknolojideki mümkün uygulamaları nedeniyle bu yapıların özelliklerinin belirlenmesi çok önemli bir araştırma alanı haline gelmiştir.Birinci bölümde, Alice'in harikalar diyarına yolculuğu, ab initio toplam enerji hesaplama tekniklerini açıklayarak başlamaktadır. Birinci bölümde fullerenlerin ve yarı iletken atomik küme (cluster) yapıların genel özelliklerinden ve mümkün teknolojik faydalarından bahsettikten sonra, bunu takib eden bölümde galyum arsenit cluster yapıların sitokiometriye bağlı olarak fulleren yapılar oluşturabildiği gösterildi. Homo-nükleer bağları azaltmak için pentagon köşeleri paylaşıldığında galyum arsenit fullerenlerin daha kararlı olduğu bulundu. Her ne kadar galyum arsenit fullerenler makul sıcaklıklara kadar dağılmadan kalabiliyor olsalarda, bu yapılar 2000 K ötesinde Ga-Ga bağının oluşması ile tetiklenen bir mekanizma ile çökmeye başlamaktadırlar.Üçüncü bölümde geçiş metali katkılı galyum arsenit fullerenlerin yapısal ve elektronik özellikleri çalışıldı. Geçiş metali atomlarını galyum arsenit kafes içerisinde hapsetmek için gerekli olan enerjinin yine Ga ve As atomlarının konsantrasyonuna bağlı olduğu bulundu. Diğer katkılama senoryaları arasından, galyum arsenit fullerenlere Cr atomu katkılamanın yapıları hem kimyasal reaksiyonlara karşı daha kararlı kıldığı hem de bu yapıları termal uyarılmalara karşı daha dayanıklı yaptığı bulundu. Ayrıca bu yapılara çoğunlukla Cr atomunun 3d orbitalinden kaynaklanan önemli miktarda net spin polarizasyona sahip oldukları görüldü.Dördüncü bölümde diamondoid yapılara Cr atomu katkılamanın yapının elektronik ve yapısal özellikleri üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla ilk prensip hesaplamaları yapıldı. Cr atomunun yerleşmek için diamondoid yapının iç bölgelerini yüzeye yakın bölgelerine tercih ettiği ve Cr atomu katkılamanın bu yapıların HOMO-LUMO yasak enerji aralığını azalttığı bulundu.TİTLE OF THESIS: The Stability and Magnetic Properties of Transition Metal Doped Atomic Aggregates.AUTHOR: Semran İPEK KÜSKÜRecently, the investigation of the properties of semiconductor atomic aggregates is an attractive field of research due to the unique properties of these structures and possible applications in nanotechnology.In the first chapter, the journey to the ?Alice in wonderland? begins by elucidating the theoretical side of the ab initio total energy techniques. After clarifying the general properties of fullerenes, semiconductor clusters and their possible utilities in the technology in the first chapter, it has been shown that the gallium arsenide clusters can form fullerene structures depending on the stoichiometry of the constituent atoms in the subsequent chapter. It has been found that the hollow gallium arsenide fullerenes are stable when the pentagon edges are shared to reduce the number of homonuclear bonds. However, the gallium arsenide clusters are stable under moderate temperatures, clusters start collapsing beyond 2000 K by a mechanism triggered by the Ga-Ga bond formation.In the third chapter, the structural and electronic properties of transition metal doped gallium arsenide fullerenes have been studied. It has been found that the energy that is gained encapsulating the transition metal atoms inside the cage varies depending on the Ga or As atom concentration in the fullerene cage. Among the other doping schemes, Cr atom doping into the gallium arsenide fullerene cages make the structures more durable against the thermal excitations and much more prone to chemical reactions. In addition, these structures have significant spin magnetic moments, mainly contributed by the 3d orbitals of the Cr atom.In the fourth chapter, first principle calculations have been carried out to to predict the effects of Cr atom substitution on the electronic and structural properties of diamondoids. It has been found that Cr atom prefers sitting on the inner sites to sitting on the surface sites of the diamondoids and doping with Cr atom decreases the HOMO-LUMO forbidden energy gap of the diamondoids.