Development of force fields for novel 2d materials for temperature dependent vibrational properties

Grafen üretimi sonrası yeni bir aygıt mühendisliği dönemi başlamıştır. Bu, 2B malzemeleri öngörmek, üretmek ve kullanmak için yapılan çok sayıda araştırmayı tetiklemiştir. Sıcaklığa bağlı özellikler cihaz uygulamaları için önemlidir. Hassas yoğunluklu fonksiyonel teori temelli yaklaşımlar, elektronik ve mekanik özellikleri doğru bir şekilde tahmin edebilmelerine rağmen, çoğunlukla sıfır derece sıcak- lıkla sınırlıdır ve ab initio bazlı moleküler dinamik hesaplamalar hala pahalıdır. Klasik moleküler dinamik çok güçlü bir alternatiftir, ancak doğruluğu temel olarak, dikkate alınan sistemi tanımlamak için kullanılan atomlar arası potan- siyele bağlıdır ve bu nedenle doğru kuvvet alanları oluşturmak, özellikle ekstra sıradan özelliklere sahip yeni çıkan 2B malzemeler için her zaman açık bir prob- lemdir. Tek katmanlı geçiş metali diklorojenitler (TMD), termoelektrik uygula- malar, esnek elektronik ve optoelektronik aygıtlar için iyi aday olduğu gösterilen 2B malzeme sınıfıdır. TMD'lerin termal özelliklerini araştırmak için, ilk olarak, parçacık sürüsü optimizasyonu kullanılarak Stillinger-Weber tipi potansiyeller geliştirilmiştir. Bu potansiyeller, elde edilen fonon dağılım eğrileri ve termal iletkenliklerin mevcut ilk prensip ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmasıyla doğru- lanmıştır. Ek olarak, oluşturulan kuvvet alanlarının dayattığı anharmonik etki- leri anlamak için, sıcaklık değişimleri ile Γ noktasındaki optik fonon frekanslarının kayma eğilimleri mevcut deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Her durumda, op- timize edilmiş potansiyellerin ürettiği sonuçlar, hedef verilerle uyumludur. İkinci adımda, fonon modu ayrışımı ile birlikte spektral enerji yoğunluğu metodu, Brillouin bölgesinin tamamında sıcaklığa bağlı fonon frekansları ve ömürleri elde etmek için kullanılmıştır. Her fonon dalının ısıl iletkenliğe katkısı, elde edilen fonon yaşam süreleri ve gevşeme süresi yaklaşımı çerçevesinde grup hızları kul- lanılarak tahmin edilmıştır. Sonunda, 2B ve hacimsel yapıları tanımlamak için aktarılabilir potansiyeller oluş- turmak amacıyla çok hızlı ve güvenilir bir optimizasyon yöntemi sunulmaktadır. Yerel ve küresel optimizasyon yöntemlerini birleştirerek ve ilk prensip yönte- minden elde edilen enerji eğrilerini kullanarak grafen, silisen ve grup III nitridler için yeni Stillinger-Weber tipi potansiyeller geliştirilmiştir. Önerilen yaklaşım, parametre seçimi ve elde edilen fonon dağılım eğrilerindeki her parametrenin rolünün araştırılması için sağlam bir çerçeve sunmaktadır.