Metal kalkojenlerin kızılötesi dedektörlerde ve lityum-iyon bataryalarında kullanılabilirliğinin araştırılması

Son yıllarda görünür bölgede sahip oldukları yasak enerji bant aralıkları sebebiyle metal kalkojen (MX; M=Metal ve X=Kalkojen atomu) bilesenleri teknolojide kendine saglam bir yer edinmistir. Özellikle çogu MX bileseni üç boyutlu haldeyken dogrudan olmayan bant aralıgına sahip iken bu malzemelerin düsük boyutlu durumları dogrudan bant aralıgına sahip yarıiletkenlere dönüsmektedir. Bu özellik onları optik veya elektronik aygıt yapımında bir adım öne çıkarmaktadır. Iki boyutlu MoS2'nin yüksek lityum depolama özelliginin deneysel olarak kanıtlanması ve yine MoS2 nanoparçacıklarının teorik ve deneysel olarak elde edilmesi bu tez konusunun motivasyon kaynagını olusturmustur. Bu nedenle tez çalısmasında metal di- ve tri-kalkojenlerin elektronik ve optik özellikleri temel ilkeler hesaplamalarına dayalı yogunluk fonksiyoneli teorisi (YFT) yardımı ile incelenmistir. Bu yapılara ek olarak, iki boyutlu BN, AlN, BSb, silisen, arsenen gibi yapıların fiziksel ve kimyasal özellikleri ele alınmıstır. Lityum atomunun tek tabaka MX2 (M=Mo, W ; X=O, S, Se, Te) bilesenleri üzerine tutunma enerjileri hesaplanmıs ve 1.42 eV ile 3.10 eV arasında degisen yüksek tutunma enerjileri elde edilmi ̧stir. Tabaka üzerinde difüz edebilmesi için gerekli olan minimum enerji degerleri 0.158 eV ile 0.282 eV arasında ve atomların hareketliliginin belirteci olan difüzyon katsayısı degerleri de pek çok karbon içeren materyalden veya 2H-MoSe2'den 102 ile 105 mertebesinde daha büyük olarak hesaplanmıstır. Lityum atom sayısı yapılar üzerinde kademeli olarak artırılarak atom basına tutunma enerjisi egrileri elde edildi. Ayrıca MoS2(x−1)Se2x (x=0.33, 0.67, 0.83) metal kalkojen alasımlarının lityum-iyon bataryalarında kullanılabilirligi arastırıldı. Lityum atomu MoS2 ve MoSe2'ye molibden atomu üzerinden tutunurken, MoS2(x−1) Se2x alasımlarında lityum atomu yapıya Mo-S bagı üzerinden baglanmaktadır. NEB hesaplamaları ile elde edilen, lityum atomunun yapı üzerinde difüz etmesi için gerekli olan enerji bariyeri degerleri yapıların lityum iyon bataryalarında kullanılabilecegini göstermistir. Bu tez çalısmasında aynı zamanda literatürde bilinen hegzagonal veya tetragonal metal dikalkojenler yapısında kararlı olmayan, Peierls distorsiyonu ile kararlı hale gelen yeni RuS2 ve RuSe2 metal dikalkojenlerinin varlıgı teorik olarak ortaya konuldu. Elde edilen yeni yapıların mekanik, dinamik ve termal kararlılık testleri yapıldı ve yapıların oda sıcaklıgı ve üzerinde var olabilecegi gösterildi. Tek tabaka RuS2 ve RuSe2 'nin HSE06 hesaplamaları ile görünür bölgede bant aralıgına sahip yarıiletken malzemeler oldugu fakat iki ve üç tabakalı yapıların bant aralıklarının kızılötesi bölgeye düstügü bulundu. TiX3 (X=S, Se, Te) metal tri-kalkojenlerinin ve bunların alasımlarının elektronik ve optik özellikleri incelendi. Sülfür ve selenyum atomlarının karısımı ile olusturulan alasımlar yakın kızılötesi bölgede yer alan bant aralıklarına sahip iken TiS3 veya TiSe3 içine tellür atomu katıldıgı zaman tüm yapıların metal ya da yarı metal özellik gösterdigi bulunmustur. Elde edilen sonuçlar atomik boyutlarda lityumun metal dikalkojenlere ve alasımlarına nasıl baglandıgı hakkında önemli bilgiler vermistir, bu sonuçlar lityum-iyon bataryalarının gelistirilmesine ve lityum pillerinin verimliliginin artırılmasına teorik olarak katkı saglayacak niteliktedir. Ayrıca teorik olarak önerilen yeni metal kalkojenlerin sahip oldukları bant aralıkları nedeniyle opto-elektronik malzemelerde ve kızılötesi dedektörlerde kullanılabilirligi gösterilmistir.