Electronic structure and optical properties of monolayer semiconductors: A computational study

Son yıllarda, tek katmanlı yarı iletkenlere olan ilgi hızla artmaktadır. Altıgen boron nitrit (h-BN) bu grubun önemli üyelerinden biridir. Oda sıcaklığında boron nitrit, nokta kusurları için yarı iletken vakuma benzer bir ortam sağlamaktadır ki bu durum istikrarlı ve kontrol edilebilen spin durumları için son derece caziptir. Bu özellik, h-BN'i kuantum teknolojik uygulamalar için uygun bir ortam haline getirmektedir. Temel ilkeler yöntemleri bu türden sistemlerin karakteristiğini hesaplamak için gereklidir. Yoğunluk fonksiyon teorisi (YFT) bu tip hesaplamalar için kullanılan güvenilir metodların başındadır. Yakın zaman önce, malzemelerin bant aralığını kayda değer bir ek kaynak gerektirmeden daha isabetli bir şekilde hesaplamak için, YFT-1/2 olarak bilinen bir türev önerilmiştir. Tezin ilk kısmında, tek katmanlı h-BN içerisindeki karbon safsızlığı (CB, CN), tek atom boşlukları (VB, VN), çift atom boşluğu (divacancy) ve Stone-Wales kusuru için YFT ve YFT-1/2 sonuçları karşılaştırılmıştır. Peşi sıra, hibrit veya GW gibi hesaplama açısından pahalı olan tekniklerle elde edilmiş yayınlanmış sonuçlar derlenerek ve YFT-1/2 ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Bilhassa, değerlik ve iletim bandında gizlenmiş olan kusur seviyeleri için, YFT-1/2 tekniğinin bant aralığını arttırarak bu seviyeleri ortaya çıkarma konusunda etkin olduğu tespit edilmiştir. Dolayısıyla, bant aralığında bulunan kusur seviyelerinin hızlı bir tasnifi için, YFT-1/2 metodunun kullanılmasını öneriyoruz. Geçiş metal dikalkojenleri (GMDler), yarı iletkenler arasında önde gelen gruplardan bir diğeridir. Bunu, hem esnek hem de optik olarak erişilebilir vadileri sayesinde optik ve mekanik üstünlükleri bir arada barındırmalarına borçludurlar. Tezin ikinci kısmında, iki yüzlü türleri (İYGMDler) ile beraber 10 adet GMDini, yani, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, MoSSe, MoSeTe, WSSe, ve WSeTe'u hesaplamalı olarak çalıştık. Öncelikli olarak, bu malzemelerin elektronik bant yapısını, YFT ve üzerine hibrit hesaplarıyla spin-yörünge etkileşimi de ekleyerek elde ettik. Devamında, çift ve tek eksenli gerilme hesaplarını yaptık. İYGMDlerinin iyi bir piezoelektrik karakteristiğine sahip olduğu daha önce beyan edilmiştir. Kendi YFT sonuçlarımıza göre, İYGMDleri, bant yapısı ve elektronik özellikleri düşünüldüğünde, iki GMD bileşenlerinin arasında sonuçlar göstermektedir ve bu itibarla sıra dışı bir davranışları gözlemlenmemiştir. Optik olarak etkin K vadisi çevresine uydurularak, elde edilen YFT verisi ile spinsiz ve spinli k.p parametreleri elde edilmiştir. k.p parametrizasyonun yardımı ile, gerilmesiz ve gerilmeli durumlar için, çizgisel ve dairesel çiftrenkli davranışlar çalışılmıştır. Bütün bu malzemeler dikkate alındığında, en küçük bant aralığına ve K vadisinde en büyük tek eksenli gerilme potansiyeline sahip olmasıyla birlikte, WTe2 tek eksenli gerilme altında en büyük çizgisel çiftrenkli duyarlılığı sergilemiştir. Nitekim, gerilmeyle ayarlanabilen optik polarizasyonların yanı sıra optik polarizasyon tabanlı gerilme ölçümleri için de WTe2 zarlarının denemesini tavsiye ediyoruz.