Functionalization of group V monolayers and their compounds: Alloying, doping and surface modification

Son onbeş-yirmi yıldır dedektor, laser ve LED gibi birçok bilimsel ve teknolojik uygulamalardaki önemli rolleri sebebiyle iki boyutlu (2B) malzemeler artan bir ilgiyle araştırılmaya devam etmektedir. Bu tez çalışmasında grup V ve bileşikleri arasından tek tabaka yapısına sahip birkaç malzeme üzerine teorik bir çalışma yapıldı. İlk ¸çalışmada altıgen örgülü GaxAl1−xN düzenli alaşım tek tabakası üzerinde Al içeriğinin bu alaşımlara ait mekanik, elektronik, termal ve optik özelliklere etkisi araştırıldı. Optimize edilmiş örgü sabiti ve bant aralıkları Vegard kanununa uygun bir şekilde değişmektedir. Düşük bariyer enerjisi ve enerji elverişli Al→Ga değişimi bu alaşımların üretilebileceğini göstermektedir. Karışım enerjisi hesapları yapılarak kristal yapıda ayrışma olmadığı gösterilmiştir. Phonon spektrum analizi ve MD simülasyonları yapılarak alaşımların dinamik olarak stabil kaldıkları gösterilmiştir. GaxAl1−xN alaşımları h-BN veya grafene göre daha düşük düzlem-içi sertlik değerine sahipken birçok iki boyutlu malzemeye göre daha yüksek Poisson oranı göstermektedir. Düşük sıcaklıklarda Al içeriğine bağlı bir düşme gösteren ısı kapasitesi yüksek sıcaklıklarda ise klasik limit değerine yakınsamaktadır. GaxAl1−xN alaşımların absorpsiyon başlangıç değerleri yakın UV bölgesinde kalmakta ve x arttıkça belirgin absorpsiyon tepe noktaları bant aralığı değişimiyle uyum göstererek maviye kaymaktadır. Stabil olmaları ve ayarlanabilir temel özellikleri bu alaşım sistemlerini geniş bir uygulama alanında ümit veren iki boyutlu malzemeler arasında sokmaktadır. İkinci çalışmada alkali metal atomların (Li, Na ve K) tek tabakalı veya periyodik hb-As ve sw-As fazlı yapılarla etkileşimleri incelenmiştir. Arsenene fazlarının ion-pillerde elektrot (anot) olarak kullanılabilecekleri düşünülmektedir. İlk prensiplere dayalı yapılan hesaplarda ortaya çıkan güçlü alkali-elektrot bağları ve elektrot üzerinde alkaliler için düşük difüzyon enerji bariyer değerleri bu pillerin daha iyi döngüsel stabiliteye sahip olduklarını ve daha hızlı difüzyona izin verdiklerini göstermektedir.