پایان نامه > کتابخانه مرکزی دانشگاه صنعتی شاهرود > فيزیک و مهندسی هسته ای > مقطع دکتری > سال 1399
پدیدآورندگان:
ندا رحمانی [پدیدآور اصلی]، محمد ابراهیم قاضی[استاد راهنما]، مرتضی ایزدی فرد[استاد راهنما]
چکیده: در این پژوهش خواص ساختاری، الکترونی، مغناطیسی و نوری پروسکایتهای دوگانه A2MnB'O6 با استفاده از رهیافت نظریه تابعی چگالی (DFT) و تقریبهای GGA و GGA+U و کد محاسباتی SIESTA بررسی شدند.
در گام اول، ترکیب Sr2MnVO6 (SMVO) بهعنوان یک پروسکایت دوگانه نیمفلزی با حضور همزمان فرومغناطش و اعوجاج قطبی پیشبینی شد. خواص ساختاری، الکترونی و مغناطیسی SMVO با استفاده از روش DFT و تقریب GGA(+U) محاسبه شدند. نظمهای مختلف جایگاههای کاتیونیB و B' شامل چیدمانهای سنگنمکی، ستونی و لایهای در ساختار پروسکایت دوگانه A2BB'O6 برای فازهای بلوری مکعبی، تکمیلی و چهارگوشی مورد بررسی قرار گرفتند. محاسبات نشان دادند که پایدارترین ساختار مربوط به آرایش لایهای کاتیونهای Mn و V با ساختار بلوری چهارگوشی (گروه فضایی I4/m) میباشد. نظم لایهای یونهای Mn3+ و V5+ به جفتشدگی فرومغناطیس این یونها با گشتاورهای مغناطیسی موضعی بهترتیب μB 17/4 و μB 23/0 منجر شد. محاسبات چگالی حالات نشان دادند که SMVO یک ترکیب نیمفلزی با گاف نواری eV ۶۵/۰ در کانال اسپین پایین میباشد. جابجایی غیرمرکزی اتمهای V در هشتوجهیهای مربوطه میتواند به خاصیت فروالکتریسیته منجر شود. با اعمال UMn,V = 4 eV، گاف نواری کانال اسپین پایین و گشتاورهای مغناطیسی موضعی یونهای Mn و V افزایش یافتند. بنابراین، SMVO بهعنوان یک ماده قطبی نیمفلزی و یک کاندیدای امیدوارکننده برای خاصیت چندفرویی با پتانسیل استفاده در اسپینترونیک معرفی میشود.
در ادامه، با جانشینی Sr2+ با Sn4+/Bi3+ در ترکیب SMVO که بهصورت (0/2 و 5/1، 0/1، 5/0 = x و Bi و Sn = A) Sr2-xAxMnVO6 بیان میشود، به بررسی اثر آلایش الکترون در خواص ساختاری، مغناطیسی و الکترونی SMVO پرداخته شد. یک گذار فاز ساختاری از چهارگوشی به تکمیلی و سهمیلی برای ترکیبهای مختلف آلایش شده مشاهده شد. محاسبات نشان دادند که یک گذار نیمفلز نیمرسانا برای Sr2-xAxMnVO6 بازای 0/2 > x و 5/0 < x بهترتیب با جانشینی اتمهای Sn و Bi اتفاق میافتد. جفتشدگی فرومغناطیس بین یونهای Mn و V بهعنوان نظم مغناطیسی پایه برای تمام مقادیر آلایش شده Sn و Bi گزارش شد. با جانشینی Sr با Sn (Bi)، گشتاور مغناطیسی کل SMVO تا مقدار (0/1۲) 73/15 مگنتونبوهر برای 0/2 = x افزایش یافت. پارامتر اعوجاج و زوایای پیوند محاسبه شده، اعوجاج و کجشدگی هشتوجهی قابلتوجهی را برای آخرین عضو هر سری، Sn2MnVO6 (SnMVO) و Bi2MnVO6 (BiMVO)، نشان دادند که میتواند به قطبش الکتریکی بالایی منجر شود و در نتیجه بهعنوان موادی با خاصیت چندفرویی پیشنهاد شوند.
در گام بعدی، بهمنظور بررسی اثر حضور یونهای مختلف در جایگاه B، در ترکیب SnMVO، یون Ta را جایگزین یون V کرده و به مطالعه خواص ساختاری، الکترونی و مغناطیسی پروسکایت دوگانه Sn2MnTaO6 (SnMTO) پرداخته شد. با توجه به مقادیر محاسبه شده برای انرژی کل تقارنهای بلوری مختلف درنظر گرفتهشده، ساختار بلوری سهمیلی (گروه فضایی P1) با کمترین انرژی کل بهعنوان حالت پایه ترکیب SnMTO معرفی شد. بررسی ساختار الکترونی با تقریب GGA (+U) نشان داد که SnMTO یک نیمرسانای پادفرومغناطیس با گاف نواری 1/05 (1/10)و 1/15 (1/20) الکترونولت بهترتیب در کانالهای اسپینی بالا و پایین میباشد.
سرانجام، به منظور درک رفتار نوری پروسکایتهای دوگانه بررسی شده SMVO، SnMVO، BiMVO و SnMTO خواص نوری آنها شامل تابع دیالکتریک و ضریب جذب با استفاده از تقریب GGA(+U) محاسبه شدند. نتایج بهدست آمده نشان دادند که بهدلیل رفتار فلزی کانال اسپین بالای دو ترکیب SMVO و SnMVO، جذب از مقادیر انرژی بسیار پایین شروع میشود. در مورد ترکیبهای BiMVO و SnMTO لبه جذب از انرژی حدود eV ۱ شروع شده و تمام ناحیه طیف مرئی را پوشش میدهد؛ همچنین، مقدار ضریب جذب (α) این ترکیبات در محدوده انرژی بررسی شده (۰ تا ۸ الکترونولت) از مرتبهcm-1 ۱۰۵ میباشد. این نتایج نشان میدهند که دو ترکیب BiMVO و SnMTO گزینههای مناسبی برای کاربردهای فتوولتایی میباشند.
کلید واژه ها (نمایه ها):
#پروسکایت دوگانه #چندفرویی #نیمفلزی #خواص مغناطیسی #خواص الکترونی #SIESTA #نظریه تابعی چگالی
محل نگهداری: کتابخانه مرکزی دانشگاه صنعتی شاهرود
یادداشت: حقوق مادی و معنوی متعلق به دانشگاه صنعتی شاهرود می باشد.
تعداد بازدید کننده: