Theses supervised by Prof. Dr. Hüseyin Murat Tütüncü
12 theses · Sakarya University
LaPtSi kristal yapıya sahip bazı malzemelerin fiziksel özelliklerinin teorik olarak incelenmesi
Merkezi simetrik olmayan (noncentrosymmetric (NCS)) LaPtSi yapıdaki birçok bileşiğin süperiletkenliği deneysel olarak 1980'li yıllardan beri bilinmesine rağmen onlar üzerine yapılan teorik çalışmalar yok denecek kadar azdır. Fakat teorik çalışmalar bu tür bileşiklerde süperiletkenliğin orijininin belirlenmesine ışık tutar. Çünkü BCS teorisine göre süperiletkenliğe yol açan Cooper çiftlerinin oluşumunda fononlar aracılık etmektedir. Bu gerçek, süperiletken bileşiklerin elektronik ve fononik özelliklerinin çalışılmasının önemini ortaya koymaktadır. Ayrıca elektron-fonon etkileşimi özellikleri de ayrıntılı bir şekilde çalışılarak hangi elektronik orbitallerin ve hangi fonon modlarının süperiletkenliğe geçişi sağladığı tespit edilmelidir. Yukardaki gerçeklerden yola çıkarak bu tez çalışmasının ilk adımında NCS LaPtSi-tipi kristalleşen LaRhP, LaRhAs, LaIrP, LaIrAs, LaIrGe ve LaPtGe bileşiklerinin yapısal ve elektronik özellikleri günümüzün en geçerli teorik metodu olan yoğunluk fonksiyonel teorisinin yerel yoğunluk yaklaşımı altında spin-orbitsiz ve spin-orbitli (SOC) olarak detaylı bir şekilde incelenmiştir. Böylece bu bileşiklerin elektronik yapıları üzerinde SOC etkisi tespit edilmiştir. Bu etki Ir (veya Pt) içeren bileşiklerde diğer bileşiklere göre az da olsa güçlüdür. Bunun nedeni Ir (veya Pt)'nin Rh'a göre ağır olan kütleleridir çünkü SOC etkisi Z atom numarası olmak üzere Z4 ile doğru orantılıdır. İncelenen bütün bileşiklerde d-elektronları Fermi seviyesi civarında oldukça baskındır bu da onların elektronik yapılarının d-karakterinde olduğuna bir işarettir. Diğer bir işaret ise Cooper çiftlerinin bu elektronlar tarafından oluşturulacağıdır çünkü enerjisi Fermi enerjisine yakın elektronlar momentumun ve enerjinin korunumuna göre bu çiftleri oluşturma potansiyeline sahiplerdir. Elektronik özellikler incelendikten sonra lineer tepki metodu kullanılarak incelenen bileşiklerin fonon spektrumları ve fonon durum yoğunlukları hesaplanmıştır. Yine Ir (veya Pt) içeren bileşiklerde fonon spektrumlarında SOC etkisi daha fazla gözlenmiştir. Bu tezin ana amacı süperiletkenliğin hangi orbitallerden ve de hangi fonon modlarından kaynaklandığını belirlemektir. Bu amaca ulaşmak için tüm bileşikler üzerine elektron-fonon etkileşimi hesaplamaları yapılmıştır. Bu hesaplamalar yapılırken BCS teorisini baz alan Migdal-Eliashberg teorisi kullanılmıştır. Bu teori için gerekli olan elektronik ve fononik sonuçlar ise sırasıyla yoğunluk fonksiyonel teorisi ve lineer tepki metodundan elde edilmiştir. Rh içeren bileşiklerin Eliashberg spektrumunda SOC etkisi yok denecek kadar azdır. Fakat Ir (veya Pt) içeren bileşiklerde bu etki gözlenebilecek mertebededir. Hatta SOC etkisinin dahil edilmesi bu bileşikler için deneyle uyumu iyileştirmektedir. Sonuç olarak, bu tez kapsamında elde edilen sonuçlar, NCS LaPtSi yapıda kristalleşen bu tür bileşiklerin gelecekteki araştırmalara hem deneysel hem de teorik açıdan ilham kaynağı oluşturması beklenmektedir. Bu bulgular, benzer yapıdaki bileşiklerin özelliklerinin daha ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını sağlayarak, bilim dünyasındaki diğer araştırmacıları bu alanda yeni çalışmalara teşvik etmeyi hedeflemektedir.
Spin-orbit etkileşiminin süperiletkenliğe etkisinin yoğunluk fonksiyonel teorisi ile incelenmesi
Tez çalışmasında deneysel olarak süperiletken oldukları belirlenmiş farklı kristal yapıya sahip malzemelerin yapısal, elektronik, titreşim ve elektron-fonon etkileşim özellikleri yoğunluk fonksiyonel teorisi ile hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda spin-orbit etkisinin bileşiklerin incelenen fiziksel özellikleri üzerinde nasıl bir etki oluşturduğu araştırılmış ve elde edilen veriler tez kapsamında sunulmuştur. Farklı kristal yapılardaki bileşiklerin incelemesi sonucunda spin-orbit etkisinin her bir bileşik için farklı etkiler ortaya çıkardığı bulunmuştur. Bu sayede hangi bileşiklerde spin-orbit etkisi önemli, hangilerinde ihmal edilebilir olduğu ayrıntılı biçimde incelenmiştir. İncelemelerimizde görülmüştür ki Fermi enerji seviyesi geçiş metalinin d-kabuğundan gelen elektronların etkisi altında olan bileşiklerde spin-orbit etkileşimi oldukça büyük önem arz etmektedir. Aynı zamanda merkezi-simetrik olmayan bileşiklerde Rashba tipi spin-orbit etkileşiminin görülmesi gradyan bir elektrik alanın bileşiğin kristal yapısı içerisinde oluşması nedeniyle spin yoğunluğuna bağlı fonksiyonların önem kazanmasına neden olmaktadır.
İlk-prensipler metodu ile hekzagonal ZrRuAs bileşiğinin fiziksel ve süperiletkenlik özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında hekzagonal ZrNiAl-yapıda kristalleşen ZrRuAs bileşiğinin süperiletkenlik özelliğinin altında yatan mekanizmanın incelenmesi hedeflenmiştir. Bu nedenle ZrRuAs bileşiğinin yapısal, elektronik, elastik, mekanik, titreşim ve elektron-fonon etkileşimi özellikleri ilk-prensipler sözdepotansiyel metodu ile incelenmiştir. Fermi seviyesinde durum yoğunluğuna bakıldığında Ru 4d ve Zr 4d orbitallerinin ZrRuAs bileşiğinin iletkenlik özelliklerine ana katkıyı yaptığı görülmektedir. Dikkatli bir şekilde incelenmiş olan elastik ve mekanik özellikler metalik bağlar nedeniyle ZrRuAs bileşiğinin yumuşak (esnek) bir karaktere sahip olduğunu göstermektedir. Γ-K ve Γ-M-K simetri yönleri boyunca en düşük enine akustik dal ve düşük enine optik dallarda ZrRuAs bileşiğinin fonon spektrumundaki anomaliler gözlemlenmiştir. Bu da bu fonon dallarının anomalilerinin elektron-fonon etkileşimini önemli miktarda arttıracağından ZrRuAs bileşiğinin süperiletkenlik özelliği göstermesi açısından çok önemlidir. Yapılmış olan elektron-fonon etkileşimi hesaplamaları Rutenyum atomunun süperiletkenliğin oluşmasında önemli bir rol oynadığını ortaya koymakta ve ZrRuAs'in 1,32 değerinde güçlü elektron fonon etkileşimi ile geleneksel fonon kaynaklı süperiletkenlik gösterdiğini ispatlamıştır. Bu güçlü elektron-fonon etkileşimi sonucunda ZrRuAs için hesaplanan süperiletkenliğe geçiş sıcaklığı 11,12 K olup deneysel sonuç olan 12 K ile iyi bir uyum içerisindedir.
Bazı merkezi simetrik olmayan süperiletkenlere spin-orbit etkisi vesimetrik Mg2Ir3Si ile karşılaştırılması
Merkezi simetrik olmayan süperiletkenlerin kristal yapısındaki tersinir simetri eksikliğinden dolayı, elektronik bir antisimetrik spin-orbit etkileşimi (ASOE) mevcuttur. Büyük bir ASOE'nin süperiletken durum üzerindeki etkisi önemlidir. Ayrıca, d-kabuğu bir süperiletkenin Fermi seviyesine hakim olduğunda, ASOE'nin malzemenin fiziksel özellikleri üzerindeki etkisi önemlidir. ASOE'nin çok çeşitli tuhaf davranışlara neden olma yeteneği, birçok teorik ve deneysel çalışmayı teşvik etti. Çünkü deneysel araştırmalar genellikle zorlayıcıdır. Bunun yerine Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) gibi teorik çalışmalar kullanılabilir. Bu tezde, ASOE'nin varlığında ve yokluğunda iridyum (Ir) bakımından zengin merkezi simetrik olan Mg2Ir3Si'nin fiziksel özellikleri, ilk prensip hesaplamaları kullanılarak araştırıldı. Ayrıca, merkezi simetrik olmayan süperiletkenler T7B3 (T = Ru veya Re), Mo3P ve Al6Re'nin fiziksel özellikleri de incelenmiştir. Bu malzemelerin yapısal, mekanik, elektriksel, örgü dinamik ve süperiletken özelliklerini araştırmak için DFT'ye dayalı Quantum-Espresso Simülasyon Paketi kullanıldı. Bulgular literatürdekilerle karşılaştırılmış ve uyum içinde olduğu görülmüştür.
Hacim merkezli tetragonal yapılarda süperiletkenliğin yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak incelenmesi
YNi2B2C materyalinde süperiletkenliğin 15 K'ne yakın sıcaklıkta bulunmasından hemen sonra, borkarbür süperiletken malzemeler üzerine devam eden ve gittikçe artan bir ilgi oluşmuştur. Birçok deneysel ve teorik çalışmalar yeni ve daha yüksek süperiletkenlik geçiş sıcaklığına (Tc) sahip borkarbür süperiletken malzemeler bulmak için yapıldı. Sonunda, kristal yapısı (LuNi2B2C yapı) ThCr2Si2'den türeyen yüksek sıcaklıklı yeni borkarbür süperiletkenler bulundu. Bunların içinde en yüksek Tc değeri 23 K ile YPd2B2C için elde edildi. Böylece, ThCr2Si2 tipi metaller arası (intermetalik) malzemeler sahip oldukları süperiletkenlik ve manyetik özelliklerinden dolayı çalışıldı. ThCr2Si2 tipi kristal yapıya sahip olan SrPd2Ge2 için ikinci tip süperiletkenlik bildirildi (Tc~3 K). Bu süperiletken, demir içeren süperiletkenlere göre oldukça ilgi çekiciydi çünkü manyetik metal (Fe), manyetik olmayan metal (Pd) ile yer değiştirmişti. Bu süperiletkenin bulunması SrPd2As2 ve BaNi2P2 ikinci tip süperiletkenlerin bulunmasına öncülük etti. Birçok deneysel çalışma bu süperiletken malzemelerin süperiletkenlik parametrelerini elde etmek için yapıldı. Bu deneysel çalışmalar bu malzemelerin yapısal ve elektronik özellikleri üzerine olan teorik çalışmalara bir zemin hazırladı. Bu malzemelerde süperiletkenliğin daha iyi anlaşılması için onların fonon özellikleri de araştırılmalıdır. Çünkü süperiletkenliğin kaynağı hemen hemen elektron-fonon etkileşimidir. Bizim bilgilerimize göre, bu süperiletkenlerde elektron-fonon etkileşiminin teorik incelenmesi yapılmamıştır. Bu nedenle bu süperiletkenlerde, süperiletkenliğin kaynağı literatürde halen bilinmemektedir. Bu tezin amacı BaNi2P2, BaRh2P2, BaIr2P2, LiCu2P2, SrPd2Ge2, SrPd2As2, CaPd2Ge2, CaPd2As2, LuNi2B2C, ScNi2B2C, La3Ni2B2N3 ve Bi2Pd süperiletkenlerinin yapısal ve elektronik özelliklerinin günümüzde en gelişmiş teorik metotlardan birisi olan yoğunluk fonksiyonel teorisi ve düzlem dalga sözdepotansiyel(pseudopotansiyel) metodu ile araştırılmasıdır. Yapısal ve elektronik özellikler elde edildikten sonra lineer tepki metodu bu malzemelerde fononların çalışılması için kullanılacaktır. Ayrıca, bu materyallerinin Fermi seviyesindeki durum yoğunluğu (N(EF)), Eliashberg spektral fonksiyonu (α2F(ω)), elektron-fonon etkileşme parametresi (λ), elektronik özgül ısı katsayısı (γ) ve süperiletkenlik geçiş sıcaklığı (Tc) gibi süperiletkenlik parametrelerini belirlemek için, elektron-fonon etkileşmeleri de araştırılacaktır. Hesaplanan süperiletkenlik parametrelerini kullanarak bu materyallerinin süperiletkenlik özelliklerinin fiziksel açıklaması yapılacaktır.
LaRu2P2 malzemesinin fiziksel özelliklerinin yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak incelenmesi
ThCr2Si2-tipi yapıda kristalleşen LaRu2P2 malzemesininin yapısal, elektronik, titreşim ve elektron-fonon özellikleri Yoğunluk Fonksiyonel Teoresinin Genelleştirilmiş Gradyen Yaklaşımı kullanılarak incelendi. Hesaplanan yapısal parametreler ile daha önceki deneysel verilerin çok iyi uyum gösterdiği gözlemlendi. LaRu2P2'nin atomik yapısı iki-boyutlu olmasına rağmen, c-ekseni boyunca elektronik band yapısının Fermi seviyesi yakınlarında gösterdiği dağılım üç-boyutlu elektronik yapıda olduğunu gösterdi. Fermi seviyesi yakınlarında toplam ve kısmi elektronik durum yoğunluğuna ana katkı Rutenyum atomlarından geldiği gözlemlendi. Bu durum LaRu2P2 malzemesinin elektronik ve süperiletkenlik özelliklerinde aktif rolün Rutenyum atomundan kaynaklandığını gösterdi. LaRu2P2 malzemesinin titreşim özellikleri, önceden hesaplanan yapısal ve elektronik özellikler yardımıyla Yoğunluk Fonksiyonel Teorisinin Doğrusal Tepki Metodu kullanılarak elde edildi. Titreşim özellikleri incelendiğinde bütün modların pozitif değere sahip olması bize LaRu2P2 malzemesinin dinamik olarak kararlı olduğunu gösterdi. LaRu2P2 malzemesinin titreşim özellikleri incelendiğinde Γ-G1-Z yönünde Boyuna Akustik (LA) ve Birinci Enine Akustik (TA1) modlarının, Γ-N yönünde ise TA1 modunun beklenmedik dağılım gösterdi. Bu beklenmedik fonon davranışları ortalama elektron-fonon etkileşim parametresine büyük bir katkı yapmaktadırlar. Elekron-fonon etkileşim matris elementleri ve fonon spektrumu kullanılarak LaRu2P2'nin Eliashberg spektral fonksiyonu hesaplandı. Bu fonksiyonun analizi bize akustik fonon modlarının fonon saçılmalarında büyük rol oynadığını gösterdi. LaRu2P2 için elektron-fonon etkileşim parametresi 0,85 olarak bulundu. Bu sonuç bize bu materyalde süperiletkenliğin elektron-fonon etkileşiminden kaynaklandığını gösterdi. Özel olarak Rutenyum ile ilişkili titreşim modları elektron-fonon etkileşim parametresine büyük katkı yapmaktadır. Bunun nedeni Rutenyumun d orbitallerinin Fermi enerjisine yakın bölgede yoğunlaşmasıdır. Son olarak elektronik özgül ısı katsayısı 10,5 mJ/(mol.K^2 ) olarak bulundu. Bu sonuç deneysel değer olan 11,5 mJ/(mol.K^2 ) ile uyum içerisindedir. Kısacası Yoğunluk Fonksiyonel Teorisinin LaRu2P2'de süperiletkenliğin orijinini açıklamada başarılı olmuştur.
BaNiSn3 yapıda merkezi simetrik olmayan caırsi3 malzemesinin fiziksel özelliklerinin ilk-prensip yöntemi ile incelenmesi
Hacim Merkezli Tetragonal yapıda CaIrSi3 malzemesi için elektronik, titreşim ve elektron-fonon etkileşim özelliklerini ab-initio yöntemiyle inceledik. İnceleme için Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi, Lineer tepki metodu ve düzlem-dalga sözde potansiyel metodunu kullandık. Bu malzeme için elektronik yapı ve fonon dağılım ilişkisi spin-orbit etkileşimli ve spin-orbit etkileşimsiz olarak ayrı ayrı incelendi. Çalışmalarımız göstermiştir ki Si kaynaklı fonon modları Si 3p durumlarının Fermi seviyesi yakınlarında yoğun miktarda varlığı nedeniyle elektron saçılmasında diğer fonon modlarından daha etkindir. Eliashberg spektral fonksiyonu integralini alarak ortalama elektron-fonon etkileşim parametresi (λ) 0,58 olarak hesapladık. Bulduğumuz sonuç deneysel değer olan 0,56 ile çok uyumludur. Hesaplanmış λ etkileşim parametresini kullanarak CaIrSi3 için süperiletkenliğe geçiş sıcaklığı (T_c ) 3,20 K olarak hesaplandı. Bu değer deneysel sonuç olan 3,55 K ile uyum içerisinde olduğu görüldü. Aynı zamanda elektron-fonon etkileşim parametresi (λ) ve süperiletkenliğe geçiş sıcaklığı (T_c ) için spin-orbit etkileşiminin önemsiz olduğu gösterildi.
SrAuSi3 ve SrAu2Si2 kristallerinin fiziksel özelliklerinin teorik olarak hesaplanması
Geleneksel süperiletkenlerde kristal yapının tersinir simetrisi Cooper çiftlerinin biçimlenmesinde etkin rol oynarlar. Bu nedenle BaNiSn3-tipi c-ekseni boyunca tersinir simetrisi olmayan materyallerde süperiletkenliğin ortaya çıkmasıyla merkezi simetrik olmayan süperiletkenler hem teorik hem de deneysel açıdan oldukça güncel bir konudur. Ve yine aynı sebeple Hacim Merkezli Tetragonal BaNiSn3 yapıda kristalleşen yeni merkezi simetrik olmayan süperiletkenlerin keşfedilmesi için çok sayıda deneysel çalışma yapılmıştır. Bunun sonucunda SrAuSi3 malzemesinde süperiletkenlik keşfedildi. Her ne kadar süperiletkenlik deneysel olarak bulunmuş olsa da elektronik ve fonon özellikleri detaylı olarak incelenmemiştir. Fononlar ve elektronlar süperiletkenlik için çok önemlidirler, çünkü Bardeen-Cooper-Schrieffer'in BCS teorisinde açıklandığı gibi fononlar, Cooper çiftleri oluşumunda etkin rol oynarlar. Bu nedenle çok kuvvetli bir şekilde SrAuSi3 malzemesinde süperiletkenliğin anlaşılması için elektronik ve titreşim özelliklerin incelenmesinin şart olduğunu düşünüyoruz. Son yıllardaki çalışmalar, ilk-prensip hesaplamaların malzemelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin araştırılmasında en uygun yöntem olduğunu göstermektedir. Bu nedenle SrAuSi3 ve SrAu2Si2 malzemelerinin yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerinin ilk-prensip metodu ile incelemesinin faydalı olacağını düşünüyoruz. Bu materyallerin elektronik yapısını Fermi enerjisi yakınlarında inceleyeceğiz çünkü BCS teorisine göre Cooper çiftleri Fermi seviyesine yakın elektronlar tarafından oluşturulur. Bu sonuçların ışığında bu materyallerde fononların çalışılması için lineer tepki metodu uygulanacaktır. Bu materyallerde fonon dağılım eğrileri ve durum yoğunlukları detaylı olarak incelenecektir. Özel olarak alan-merkezi fonon modları farklı katıların örgü dinamiğinde farklı deneysel metotlarla elde edildiklerinden özel bir yer tutarlar. Bu nedenle alan-merkezli fonon modlarının özuzanımları bu materyallerde analiz edilecektir. Son olarak bu materyaller için Fermi seviyesinde durum yoğunlukları N(EF), Eliashberg spektral fonksiyonu α2F(ω), elektron-fonon etkileşim parametresi (λ) ve süperiletkenlik geçiş sıcaklığı (Tc) gibi parametrelerin hesaplanması için elektron-fonon etkileşimlerinin ab initio hesaplamaları yapılacaktır. Bu hesaplayacağımız süperiletkenlik parametreleri kullanarak bu materyallerde süperiletkenliğin kaynağı açıklanacaktır.
Vanadyum karbür kristalinin titreşim ve süperiletkenlik özelliklerinin incelenmesi
Bu tezde VC geçiş metali karbürünün, yapısal, elektronik, titreşim özellikleri ve süperiletkenlik sıcaklığı yoğunluk fonksiyon teorisi kullanılarak incelenmiştir. Yoğunluk fonksiyon teorisi Perdew-Burke-Ernzerhof metodu kullanılarak genelleştirilmiş gradyan yaklaşımı (PBE-GGA) içinde kullanılmıştır. Khon-Sham eşitliklerinin kendi kendine tutarlı çözümlerinde özel k noktaları kullanılarak ve Brillouin bölgesinin indirgenemez parçası örnek alınarak elde edilmiştir. 60 Ryd kesme kinetik enerjisi kullanılmıştır.Tez çalışmasının birinci bölümde incelenen materyalin kristal yapısı açıklanmıştır. Tezin ikinci bölümünde ise düzlem dalga yapay potansiyel metodu, yoğunluk fonksiyon teorisi lineer tepki metodu özetlenmiş ve yoğunluk fonksiyon teorisinin bu tezde çalışılan materyale uygulanışı açıklanmıştır.Üçüncü ve dördüncü bölümlerde incelenen bu materyalin sırasıyla yapısal ve elektronik özellikleri için elde edilen sonuçlar sunulmuştur ve daha önceki teorik ve deneysel çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Son bölümde ise bu materyallerin titreşim özellikleri ve yüksek simetri noktalarında titreşim karakterleri ile süperiletkenlik sıcaklığı incelenmiştir.
Cr ve CrC kristallerinin titreşim ve süper iletkenlik özelliklerinin yoğunluk fonksiyon teorisi ile incelenmesi
Anahtar Kelimeler: Yoğunluk fonksiyon teorisi, Geçiş metali (Cr), Geçiş metali karbürü (CrC), Brillouin bölgesi, yapısal özellikler, elastik özellikler, elektronik özellikler, titreşim özellikler, yüksek simetri noktaları, süperiletkenlik özellikler.Bu tezde, hacim merkezli kübik örgüde kristalleşen geçiş metali Cr ve sodyum klorür yapıda kristalleşen geçiş metali karbürü CrC'nin yapısal, elastik, elektronik, titreşim ve süperiletkenlik özellikleri yoğunluk fonksiyon teorisi kullanılarak incelenmiştir. Yoğunluk fonksiyon teorisi Perdew-Burke-Ernzerhof metodu kullanılarak genelleştirilmiş gradyan yaklaşımı (PBE-GGA) içinde kullanılmıştır. Khon-Sham eşitliklerinin kendi kendine tutarlı çözümlerinde özel k noktaları kullanılarak ve Brillouin bölgesinin indirgenemez parçası örnek alınarak elde edilmiştir. 60 Ryd kesme kinetik enerjisi kullanılmıştır.Bu çalışmanın giriş bölümünde, çalışılan materyaller için yapılan önceki çalışmalar verilmiş ve tezin amacı açıklanmıştır. Tezin ikinci bölümünde ise elastik özelliklerle ilgili genel bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde yoğunluk fonksiyon teorisi ve kullanılan yaklaşımlar özetlenmiştir. Aynı bölümde bu materyallere yoğunluk fonksiyon teorisinin uygulanışı da açıklanmıştır. Son bölümde, geçiş metali Cr ve geçiş metali karbürü CrC'nin yapısal, elastik, elektronik, titreşim ve süperiletkenlik özellikleri için elde edilen sonuçlar sunulmuş ve daha önceki verilerle karşılaştırılmıştır.
Magnezyum kalkojenlerin yapısal, elektronik ve titreşim özellikleri
Anahtar kelimeler: MgS, MgSe, MgTe, yoğunlık fonksiyon teorisi, elektronik spectrum, band aralığı, fonon Bu tezin amacı magnezyum kalkojen materyallerinin yapısal, elektronik ve dinamik özelliklerinin düzlem dalga yapay potansiyel metodu, yoğunluk fonksiyon teorisi ve lineer tepki metodlarıyla araştırılmasıdır. Bu çalışmanın seçilme nedeni Mgkalkojenlerin dört farklı kristal yapıda (kayatuzu, çinko sülfür, wurtzite ve nikel arsenik) kristalleşmesi ve geniş bant aralığına sahip olmalarıdır. Bu ilgi çekici özelliklerinden dolayı bu yarıiletkenlerin yapısal ve elektronik özellikleri üzerine büyük bir ilgi gösterilmiştir. Geniş bant aralıklarından dolayı bu materyaller mavi ışık spektrumu verdiklerinden dolayı optoelektronik teknolojisinde başarıyla kullanılabilirler. Bu sebeple onların yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerinin incelenmesi önemlidir. Tez çalışmasının giriş bölümünde, Mg-kalkojenler için yapılan önceki çalışmalar verilmiş ve tezin amacı açıklanmıştır. İkinci bölümde ise bu yarıiletkenlerin kristal yapıları sunulmuştur. Üçüncü bölümde, yarıiletkenlerin elektron ve fonon özelliklerinin incelenmesinde kullanılan deneysel teknikler açıklanmıştır. Tezin dördüncü bölümünde ise düzlem dalga yapay potansiyel metodu, yoğunluk fonksiyon teorisi ve lineer tepki metodu özetlenmiş ve yoğunluk fonksiyon teorisinin magnezyum kalkojenlere nasıl uygulandığı açıklanmıştır. Tezin beşinci bölümünde, Mg-kalkojenlerin kayatuzu, çinko sülfür, wurtzite ve nikel arsenik fazlarının yapısal özellik sonuçları sunulmuştur. Bu yarıiletkenlerin elektronik özellikleri inceleme sonuçları ise altıncı bölümde verilmiştir. Materyallerin titreşim özellikleri inceleme sonuçları kayatuzu fazları için yedinci, çinko sülfür fazları için sekizinci, wurtzite fazları için dokuzuncu ve nikel arsenik fazları için ise onuncu bölümlerde sunulmuştur. Bu çalışma magnezyum kalkojenlerin dört farklı fazının titreşim özelliklerini inceleyen literatürdeki ilk çalışmadır. Tezin son bölümünde ise elde edilen sonuçlar tartışılmış ve ileride yapılması planlanan çalışmalardan bahsedilmiştir.
III-N tipi yarıiletkenler ile berilyum kalkojenlerin yapısal elektronik ve titreşim özelliklerinin incelenmesi
Bu tezin amacı III-N materyallerinin (BN, AlN, GaN ve InN), Berilyum-kalkojenlerin (BeS, BeSe ve BeTe) ve onların (110) yüzeylerinin yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerini teorik olarak incelemektir. Çinko-sülfür yapıdaki III-N yarıiletkenlerinin, Be-kalkojenlerin ve (110) yüzeylerinin bu özellikleri, düzlem dalga yapay potansiyel metodu, yoğunluk fonksiyon teorisi, lineer tepki metodu ve süper hücre yaklaşımı kullanılarak çalışılmıştır. Bu konunun seçilmesinin nedeni, geniş bant aralıklı ve oldukça sert olan bu materyallerin elektronik, opto-elektronik ve yarıiletken aygıtlarda kullanılmaya çok uygun olmalarıdır. Bu ilginç özellikleri nedeniyle bu yarıiletkenlerin hacim özellikleri üzerine oldukça fazla sayıda çalışma yapılmıştır. Böylece bu materyallerin taban durumu özellikleri çok iyi anlaşılmasına rağmen, onların yüzeylerinin yapısal, elektronik ve titreşim özellikleri daha az çalışılmıştır ve henüz tamamlanmamıştır. Özellikle, Be-kalkojenlerin (110) yüzeyleri ile ilgili literatürde teorik veya deneysel hiçbir çalışma yoktur. Bu nedenle, bu yarıiletkenlerin ve (110) yüzeylerinin yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerinin çalışılması, teknolojik uygulamalar için çok faydalı olacaktır.Tez çalışmasının ilk dört bölümünde literatür bilgileri, incelenen yarıiletkenlerin ve (110) yüzeylerinin kristal yapıları, yarıiletkenlerin incelenmesinde kullanılan deneysel teknikler ve yoğunluk fonksiyon teorisi hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci ve altıncı bölümlerde sırasıyla III-N yarıiletkenlerinin ve Be-kalkojenlerin yapısal, elektronik ve titreşim özellikleri için elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Bir sonraki yedinci bölümde III-N(110) yüzeyleri için aynı özellikler anlatılmış ve geniş bir şekilde tartışılmıştır. Sekizinci bölümde BeS(110), BeSe(110) ve BeTe(110) yüzeyleri için elde edilen sonuçlar literatürde ilk defa bu tezde sunulmuştur. Son bölümde ise elde edilen sonuçlar tartışılmış ve ileride yapılması planlanan çalışmalardan bahsedilmiştir.