24225

PHY3 158

دكتري

فيزيك - فيزيك ماده چگال

علوم

1403/9/7

129 ص.

زهرا نوربخش حبيب آبادي

شهرام يلمه ها

نظريه تابعي چگالي، تك لايه‌ها، گذار فاز توپولوژي، خواص اپتيكي، ناخالصي.

در اين پايان نامه، ويژگي‌هاي ساختاري، الكتروني و اپتيكي انبوهه و تك‌لايه دي‌كالكوژنيدهاي فلزهاي واسطه 2XY ( X=Zr, Mo, Cr and Y=S, Se, Te) مورد بررسي قرار گرفته است. تمامي محاسبه‌ها در اين پژوهش بر اساس نظريه تابعي چگالي (DFT) با استفاده از بسته محاسبه‌اي WIEN2k انجام شده است. در محاسبه انرژي تبادل-همبستگي، از تقريب شيب تعميم يافته (GGA) و پتانسيل بك-جانسون اصلاح شده به همراه تقريب شيب تعميم يافته (mBJ-GGA) استفاده شده است. براي بررسي ويژگي‌هاي ساختاري و نظم مغناطيسي انبوهه و تك‌لايه 2XY ، انرژي كل بر حسب حجم براي اين تركيبات در دو فاز ساختاري لانه زنبوري (H2) و لانه زنبوري مركزدار (T1) محاسبه شده است. به غير از انبوهه و تك¬لايه 2T-CrTe1 كه در دو فاز ساختاري H2و T1 فرومغناطيس است، ساير تركيب‌ها غيرمغناطيسي هستند. براي تعيين پايداري انرژي اين مواد، انرژي همدوسي و تشكيل آن¬ها محاسبه شد. نتيجه‌هاي محاسبه شده نشان مي دهد كه تركيب¬هاي 2H-CrS2، 2H-CrSe2، 2T-CrTe1، 2H-MoS2، 2H-MoSe2، 2H-MoTe2، 2T-ZrS1، 2T-ZrSe1 و 2T-ZrTe1 پايدارتر هستند. پس از تعيين پايدارترين فاز ساختاري انبوهه و تك¬لايه، 2H-CrS2، 2H-CrSe2، 2T-CrTe1، 2H-MoS2، 2H-MoSe2، 2H-MoTe2، 2T-ZrS1، 2T-ZrSe1 و 2T-ZrTe1، به عنوان نامزدهاي مناسب براي پژوهش‌هاي بيشتر انتخاب شدند. مطالعه ويژگي¬هاي الكتروني و اپتيكي انبوهه 2XY نشان داد كه اين تركيب¬ها از نظر رسانندگي از نيم‌رسانا تا فلز دسته¬بندي مي¬شوند و از نظر اپتيكي اين تركيب¬ها بازتابنده و جذب¬كننده¬هاي خوب موج‌هاي فرابنفش هستند. از آنجايي كه انبوهه‌هاي 2H-CrS2 و 2H-MoS2 داراي ساختار بلوري يكساني هستند. در اين پژوهش ويژگي¬هاي ساختاري، الكتروني و اپتيكي آلياژ 2-xS1CrxMo براي اولين بار مورد مطالعه قرار گرفته است. نتيجه‌هاي به‌دست‌آمده نشان داد كه آلياژهاي 2-xS1CrxMo با غلظت‌هاي مختلف Cr از نظر انرژي پايدار و غير¬مغناطيسي هستند. علاوه بر اين، اين آلياژها داراي گاف انرژي بين 1.54 الكترون ولت (در 2H-MoS2) تا 0.68 الكترون ولت (در 2H-CrS2) هستند. پس از بررسي ويژگي¬هاي فيزيكي انبوهه اين تركيب¬ها و آلياژ 2-xS1CrxMo، ويژگي-هاي فيزيكي تك¬لايه¬هاي 2XY و احتمال گذارفاز توپولوژي در حضور كرنش و ناخالصي هاي Bi و Sb مطالعه و ويژگي¬هاي اپتيكي اين تك¬لايه¬ها در حضور و غياب ناخالصي¬هاي Bi و Sb مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به نتيجه‌هاي ناشي از اين محاسبه‌ها، اين تك¬لايه¬ها (بجز 2T-CrTe1 كه فرومغناطيس است) عموما نيم¬رساناهاي غيرمغناطيسي هستند كه در حضور كرنش گاف انرژي آن¬ها با افزايش كرنش كاهش پيدا مي¬كند. در حضور ناخالصي¬هاي Bi و Sb تك¬لايه¬هاي رسانا همچنان رسانا باقي مانده اما تك¬لايه¬هاي نيم¬رسانا به دليل عبور بيشينه نوار ظرفيت از انرژي فرمي به رسانا تبديل شده¬اند. همچنين، مطالعه نظم نواري در اين تك¬لايه¬ها نشان داد، اين تركيب¬ها در حضور كرنش و ناخالصي¬ها داراي نظم نواري معمولي بوده و نيم¬رسانا يا فلزهاي معمولي هستند. در انتها، ويژگي-هاي اپتيكي اين تك¬لايه¬ها در حضور و غياب ناخالصي¬هاي Bi و Sb بررسي شده است.

Density functional theory, Monolayers, Topological phase transition, Optical properties, Impurity.

Study of the physical properties of XY2 ( X=Zr, Mo, Cr and Y=S, Se, Te) monolayers in the presence and absent of impurity

فيزيك

In this thesis, the structural, electronic and optical properties of the bulk and monolayer of XY2 (X=Cr, Mo, Zr and Y=S, Se, Te) transition metals dichalcogenides have been investigated. All the calculations in this research were done based on the density functional theory (DFT) by using the WIEN2k calculation package. In calculating the exchange-correlation energy, the generalized gradient approximation (GGA) and modified Beck-Johnson potential with generalized gradient approximation (mBJ-GGA) have been used. To investigate the structural propertice and magnetic order of bulk and monolayer XY2, total energy in terms of volume for these compounds in two structural phases of honeycomb (2H) and centered honeycomb (1T) have been calculated. Except 1T-CrTe2 in bulk and monolayer form, which is ferromagnetic in 1T and 2H structural phases, other compounds are non-magnetic. To determine the energy stability of these materials, the cohesive and formation energies were calculated; the calculated resalts show that, 2H-CrS2, 2H-CrSe2, 1T-CrTe2, 2H-MoS2, 2H-MoSe2, 2H-MoTe2, 1T-ZrS2, 1T-ZrSe2 and 1T-ZrS2 compounds are more stable. After determining the most stable structural phase of XY2 bulk and monolayer form, 2H-CrS2, 2H-CrSe2, 1T-CrTe2, 2H-MoS2, 2H-MoSe2, 2H-MoTe2, 1T-ZrS2, 1T-ZrSe2 and 1T-ZrS2 were selected as suitable candidates for further investigations. The study of electronic and optical properties of XY2 in bulk form showed that these compounds are categorized from semiconductor to metal in terms of conductivity, and optically, these compounds are good reflective and absorbers of ultraviolet waves. Since 2H-CrS2 and 2H-MoS2 in the bulk have the same crystal structur phase, in this research the structural, electronic and optical properties of CrxMo1-xS2 (x=0, 0.125, 0.25, 0.375, 0.50, 0.625, 0.75, 0.875, and 1) alloys were studied for the first time. The obtained results showed that CrxMo1-xS2 alloys with different Cr concentrations are non-magnetic and have energy stability. In addition, these alloys have an energy gap between 1.54 eV (in 2H-MoS2) and 0.68 eV (in 2H-CrS2). After investigating the physical characteristics of the bulk of these compounds and CrxMo1-xS2 alloys, we focused on the XY2 monolayers, the physical properties of these monolayers and the possibility of topological phase transition under strain and Bi and Sb impurities were investigated and the optical properties of this monolayer have been studied in the presence and absence of Bi and Sb impurities. According to the results, these monolayers (except 1T-CrTe2 which is ferromagnetic) were generally non-magnetic semiconductors, which in the presence of strain, their energy gap decreased with increasing strain. In the presence of Bi and Sb impurities, the metal monolayers remain metal, but the semiconducting monolayers transfer to metal phase due to the crossing of the maximum valence band and Fermi energy. Also, the study of band order in these monolayers showes that these compounds have normal band order in the presence of strain and impurities. So, these monolayers are normal semi-conductors or metals. Finally, the optical properties of these monolayers have been investigated in the presence and absence of Bi and Sb impurities.

5

دكتر داريوش وشايي

118507