3
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Grafen tabanlı yapılarda elektronik-manyetik özellikler ve fononik enerji yitimi
With the synthesis of a single atomic plane of graphite, namely graphene honeycomb structure, active research has been focused on the massless Dirac fermion behavior and related artifacts of the electronic bands crossing the linearly at the Fermi level. This thesis presents a theoretical study on the electronic and magnetic properties of graphene based structures, and phononic energy dissipation. First, functionalization of these structures by 3d-transition metal (TM) atoms is investigated. The binding energies, electronic and magnetic properties have been investigated for the cases where TM-atoms adsorbed to a single side and double sides of graphene. It is found that 3d-TM atoms can be adsorbed on graphene with binding energies ranging between 0.10 to 1.95eV depending on their species and coverage density. Upon TM-atom adsorption graphene becomes a magnetic metal. TM-atoms can also be adsorbed to graphene nanoribbons with armchair edge shapes (AGNRs). Binding of TM-atoms to the edge hexagons of AGNR yield the minimum energy state for all TM-atom species examined in this work and in all ribbon widths under consideration. Depending on the ribbon width and adsorbed TM-atom species, AGNR, a non-magnetic semiconductor, can either be a metal or a semiconductor with ferromagnetic or anti-ferromagnetic spin alignment. Interestingly, Fe or Ti adsorption makes certain AGNRs half-metallic with a 100% spin polarization at the Fermi level. These results indicate that the properties of graphene and graphene nanoribbons can be strongly modified through the adsorption of 3d TM atoms. Second, repeated heterostructures of zigzag graphene nanoribbons of different widths are shown to form multiple quantum well structures. Edge states of specific spin directions can be confined in these wells. The electronic and magnetic state of the ribbon can be modulated in real space. In specific geometries, the absence of reflection symmetry causes the magnetic ground state of whole heterostructure to change from antiferromagnetic to ferrimagnetic. These quantum structures of different geometries provide novel features for spintronic applications. Third, as apossible device application, a resonant tunnelling double barrier structure formed from a finite segment of armchair graphene nanoribbon with varying widths has been proposed based on first-principles transport calculations. Highest occupied and lowest unoccupied states are confined in the wider region, whereas the narrow regions act as tunnelling barriers. These confined states are identified through the energy level diagram and isosurface charge density plots which give rise to sharp peaks originating from resonant tunnelling effect. Finally, we studied dynamics of dissipation of local vibrations to the surrounding substrate. A model system consisting of an excited nano-particle which is weakly coupled with a substrate is considered. Using three different methods, the dynamics of energy dissipation for different types of coupling between the nano-particle and the substrate is studied, where different types of dimensionality and phonon densities of states were also considered for the substrate. Results of this theoretical analysis are verified by a realistic study. To this end the phonon modes and interaction parameters involved in the energy dissipation from an excited benzene molecule to the graphene are calculated performing first-principles calculations.
Perovskite manganitlerin bilyalı değirmen metoduyla elde edilmesi ve manyetik özellikleri
Bu araştırmanın amacı, manyetik malzemelerin manyetokalorik özelliklerinin incelenmesi, onların teknolojik uygulamaları açısından olduğu kadar aynı zamanda manyetizma ve katı-hal fiziğindeki temel problemlerin çözümü içinde önem taşımaktadır. Bu çalışmanın temel amacı LaCaMnO alaşımını nano boyutta elde ederek, bu boyuttaki perovskite numunelerin yapısal, manyetik ve manyetokalorik özelliklerinin incelenmesidir. Gerekli saflıktaki La2O3, CaCO3, MnO numuneleri bilyalı değirmen kullanılarak laboratuarımızda üretilmiştir. Çalışmada kullanılan numunelerin yapısal özellikleri, X- Işınları Kırınımı Dfraktometresi, SEM-EDAX analizi kullanılarak belirlenmiştir. Manyetik özellikleri ise 2-300K sıcaklık aralığına sahip Titreşen Numune Manyetometresi (VSM) kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında belli saat öğütülen numunelerin manyetokalorik özellikleri incelenerek, manyetik entropi değişimleri ve bu değişimlerin manyetik alana bağlılıkları belirlenerek sonuçlar tartışılmıştır. Araştırmanın sonucunda, belli saat öğütülerek elde edilen nano boyuttaki LaCaMnO numunesinin manyetik özelliklerine, manyetik entropi değişimine ve buna bağlı olarak manyetokalorik özelliklerine bakılmıştır. Aynı numunenin bulk örnekleriyle bizim elde ettiğimiz nano örneklerin manyetik ve manyetokalorik özellikleri karşılaştırılarak bir neticeye varılmıştır. Azalan parçacık boyutunun numunelerin manyetik ve manyetokalorik özellikleri üzerindeki etkileri elde edilmiştir.
Bor katkılı Li-iyon pil üretimi ve elektriksel performanslarının araştırılması
Bu tez çalışmasında Lityum-iyon pillerin bileşenlerinden biri olan tabakalı yapıdaki katot malzemesi LiCoO2 içerisine Kobalt (Co) bölgelerine Bor (B) katkılaması yaparak oluşan yapının fiziksel özellikleri ve bu katkılamanın pil performansını nasıl etkilediği araştırılmıştır. Çalışmalar süresince, LiCoO2 katot malzemesine Bor katkılaması yapılarak LiCo0.875B0.125O2, LiCo0.750B0.250O2, LiCo0.625B0.375O2, LiCo0.500B0.500O2, LiCo0.250B0.750O2 ve LiBO2 katot malzemeleri katıhal reaksiyon yöntemi kullanılarak 750 0C'de Oksijen atmosferinde üretilmiştir. Üretilen katot malzemelerinin mikroyapısal, manyetik ve elektriksel direnç özellikleri araştırılmış, daha sonra üretilen katot malzemeleri kullanılırak CR2032 düğme piller üretilmiş ve bu pillerin çevrimsel voltametri ve kapasite ölçümleri incelenmiştir. Üretilen katot malzemelerinden LiCo0.875B0.125O2 ve LiCo0.750B0.250O2 malzemelerinin kristal yapılarının LiCoO2 ile aynı olduğu, daha yüksek katkılamalarda ise yapının safsızlık fazları ile bozulmaya uğradığı, LiCo0.875B0.125O2 ve LiCo0.750B0.250O2 katot malzemeleri ile üretilen pillerin kapasitelerinin katkılama yapılmamış olan LiCoO2 katot materyali ile hazırlanmış pilin kapasitesinden düşük olduğu fakat döngü sayısının artması ile katkılama yapılmış pillerin kapasitesinin daha yüksek değerlerde kaldığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak LiCo0.875B0.125O2 ve LiCo0.750B0.250O2 Bor katkılı pillerin katkılama yapılmamış LiCoO2 katot malzemesi kullanılan pillere göre uzun vadede daha yüksek kapasiteye sahip olduğu bulunmuştur.