Transition metal dimers on gaas(110) surface: A DFT study

Son yirmi yılda, seyreltilmiş manyetik yarıiletkenler (DMS'ler), hem temel fizik hem de yenilikçi uygulamalar açısından büyük ilgi görmüştür. Özellikle, tekil katkılayıcıların ve bunların ana malzeme ile etkileşimlerinin incelen- mesi, solotronik olarak bilinen tekil katkılayıcılar bağlamında zengin fiziksel bilgiler sunmaktadır. Bu çalışmada, geçiş metali elementi dimer katkılayıcılarının GaAs (110) yüzeyindeki özelliklerini incelemek için Quantum Espresso yazılımını kullanarak yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) hesaplamaları gerçekleştirdik. Bu hesaplamalarda ultra-yumuşak pseudopotansiyeller (USPP) kullanılmıştır ve değişim enerjisi, spin-çözünür yoğunluk durumu (DOS), spin-çözünür projeksiyonlu yoğunluk durumu (PDOS), yapısal ve manyetik rahatlamalar ile dimerlerin bulunduğu yüzeyin taramalı tünelleme mikroskobu (STM) görüntüleri gibi özel- likler rapor edilmiştir. GaAs (110) yüzeyi BURAI yazılım paketi ile modellenmiş ve Fe, Cr, V ve Co olmak üzere dört farklı geçiş metali dimeri yüzey üzerindeki yakın ve uzak konfigürasyonlarda incelenmiştir. Katkılayıcılar manyetik özel- liklere sahip olduğundan, hem ferromanyetik (triplet) hem de antiferromanyetik (singlet) hizalanmalar dikkate alınmıştır. Çalışmamız, manyetik konfigürasyon- ların katkılayıcıların rahatlamış pozisyonlarını büyük ölçüde değiştirdiğini göstermektedir. Ayrıca, yakın ve uzak konfigürasyonlar için ferromanyetik (triplet) ve antiferromanyetik (singlet) durumlar arasındaki değişim enerjisini rapor ettik. Hesaplamalarımız sonucunda, değişim enerjisi ile dimer ayrımı arasındaki ilişkiyi belirledik ve değişim enerjisinin büyüklüğünde dimer ayrımına bağlı olarak dra- matik bir değişim gözlemledik. Çalışma sonuçlarımız, Co dimerleri dışında, Fe, Cr ve V dimerlerinin ferromanyetik (triplet) ve antiferromanyetik (singlet) hiza- lanmalar arasında makul bir değişim enerjisine sahip olduğunu göstermektedir. Bu durum, bu geçiş metali katkılayıcılarının sıfırdan farklı manyetik momentlere sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Yüzde iki oranından daha az katkılayıcı yoğunluğunda, Fe dimeri için metalik bir sistem, Cr dimeri için yarıiletken bir sistem ve V dimeri için yarı-metalik bir sistem gözlemlenmiştir. Elektronik yapı hesaplamaları (DOS ve PDOS projeksiyonları) ferromanyetik (triplet) ve antifer- romanyetik (singlet) hizalanmaların beklentileriyle uyum içerisindedir. Ayrıca, bu dimerlerin yüzey üzerindeki taramalı tünelleme mikroskop (STM) görüntüleri incelenmiş ve 1 V öngerilim altında büyük bir kontrast gözlemlenmiştir.Bu tezde, GaAs gibi yarı iletken yüzeylerin d-orbitaline sahip geçiş metalleriyle katkılan- masıyla, hızlı anahtarlama yapabilen kübitler gibi yenilikçi kuantum uygula- maları için mükemmel platformlar olma potansiyeline sahip olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, rapor edilen spin-çözünür yoğunluk durumu (DOS) ve spin-çözünür projeksiyonlu yoğunluk durumu (PDOS) hesaplamaları, bantların hibritleşmesi, orbitallerdeki değişim bölünmesi gibi fenomenleri anlamak ve gelecekteki spintronik ve optik uygulamalar için malzeme tasarımına katkıda bulunmak amacıyla kullanılabilir.