محاسبه نوارهای انرژی و بررسی ساختار الکترونیکی نانو سیم tic

به علت خصوصیات ویژه ای است که در نانو ساختارها وجود دارد در سالهای اخیر خواص مختلف فیزیکی مواد در این مقیاس مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. مواد در ابعاد نانو به شکل های گوناگونی ساخته می شوند مانند نانو لوله ها، نانو زنجیرها، نانو میله ها، نانو سیم ها و غیره. یکی دیگر از انواع نانوساختارها، نانوسیم ها هستند که خواص غیر قابل پیش بینی از خود نشان می دهند. نانوسیم ها موادی هستند که در یک بعد گسترش یافته و در دو بعد دیگر محدود شده اند. نانوسیم های نیم رسانا دارای خصوصیات اپتیکی و الکترونی ویژه ای هستند و در ابزارهایی که برای اندازه گیری در ابعاد نانو مورد استفاده قرار می گیرند کاربرد دارند. در این پروژه خواص الکترونی نانوسیم tic در راستای {001} مورد توجه می باشد. tic یک نیمه رساناست و همانطور که ذکر شد نانو سیم های نیمه رسانا بسیار مورد توجه می باشند. بدین منظور ساختار ما با استفاده از نرم افزار wien2k و با به کار گیری تکنیک ابر سلول شبیه سازی شده است. محاسبات ما بر پایه نظریه تابعی چگالی و روش موج تخت تعمیم یافته خطی با پتانسیل کامل (fp-lapw) استوار است. همچنین برای محاسبه انرژی تبادلی همبستگی از تقریب شیب تعمیم یافته(gga) بهره گرفته ایم. پس از یافتن طول بهینه بر مبنای کمینه ی انرژی و پایداری ساختار، به بررسی خواص الکتریکی و اپتِیکی و همچنین تاثیر قطر بر این ساختار خواهیم پرداخت. با رسم نمودارهای چگالی حالت و به دست آوردن ساختار نواری، خواص الکتریکی را بررسی می کنیم و در هر دو حالت نانو و انبوهه گاف انرژی را بدست می آوریم و با هم مقایسه می کنیم و میزان رسانندگی را در دو ساختار بررسی میکنیم. همچنین پس از مقایسه ی خواص الکتریکی نانوسیم با حالت انبوهه، خواص اپتیکی از جمله ضریب جذب، ضریب بازتابش، رسانندگی اپتیکی و انرژی اتلاف مورد مطالعه قرار خواهد گرفت که در این بررسی از تابع دی الکتریک که دارای دو بخش حقیقی و موهومی است نیز استفاده خواهیم کرد. به کمک طیف های مربوطه می توان اطلاعاتی راجع به خواص اپتیکی بدست آورد از جمله به کمک طیف انرژی اتلاف و رسانندگی اپتیکی می توان به خصوصیاتی همچون ماکزیمم قله های پلاسمونی(بیشینه ی میزان اتلاف) و همچنین بیشترین و کمترین میزان رسانندگی اپتیکی در محدوده ی مشخصی از انرژی دست یافت و از ضرایب جذب و بازتابش می توان به بررسی میزان جذب و انعکاس نانوسیم های کاربید تیتانیوم پرداخت. در نهایت می بینیم که تغییراتی در خواص اپتیکی این نانو سیم نسبت به حالت انبوهه مشاهده می شود. همچنین در آخر با تغییر طول بهینه و کشش شبکه به تاثیر قطر بر روی تمامی خواص ساختار مانند خواص الکتریکی و اپتیکی می پردازیم چرا که خواص فیزیکی ساختارها به اندازه و ابعاد آنها بستگی دارد، این تغییر طول ابر سلول به معنی تغییر دادن طول ابر سلول در یک یا دو راستاست که ما در این پروژه در دو راستا این کار را انجام داده ایم. بنابراین با تغییر طول ساختار در دو بعد و ثابت نگه داشتن بعد دیگر، تاثیر افزایش قطر را نیز بر روی خواص الکترونیکی مانند گاف انرژی و خواص اپتیکی ذکر شده در بالا خواهیم دید.