امروزه مواد نیمرسانای مغناطیسی رقیق بعلت قابلیت کاربرد گسترده آنها در صنعت اسپینترونیک مورد توجه محققین قرار گرفته است و مطالعات تجربی و تئوری زیادی روی این مواد در حال انجام می باشد. در اسپینـترونیک علاوه بر خـواص بار الکـتریکی از خاصیـت اسپیـنی حاملها نیز استفاده می گردد. به دلیل توجه به این ویژگیها، آلایش گروهی از مواد نیمرساناها نظیر ترکیبات گروه iii-iv و ii-vi با اتمهای مغناطیسی مورد توجه قرار گرفته است. به منظور کاربردی شدن این مواد در صنایع اسپینترونیک تلاش می شود که با انتخاب ماده میزبان مناسب و آلایش آن با عناصر واسطه، دمای کوری این ترکیبات به دمای اتاق یا بالاتر افزایش یابد. در این رساله نیمرسانای اکسید روی که دارای گاف نواری پهن است بعنوان ماده میزبان به روش سل- ژل رشد و با عناصر واسطه نظیر آهن، کبالت، منگنز و نیکل آلایش داده شد. با استفاده از این روش لایه های نازک اکسید روی و آلایش یافته تا حدود پنـج درصـد با عنـاصر واسـطه و ضخامتهای در حدود 100 تا 300 نانومتر تهیه گردیده اند. سپس اثر پارامترهای مختلف فیزیکی از قبیل میزان آلایش، ضخامت لایه، عملیات حرارتی و نوع حلال روی خواص ساختاری، اپتیکی و مغناطیسی این لایه ها مورد بررسی قرار گرفت. طیفهای xrd ثبت شده برای نمونه ها نشان داد که لایه های رشد داده شده همگی دارای ساختار هگزاگونال هستـند. مورفولوژی سطوح لایه ها توسط دستگاه afm مورد ارزیابی قرار گرفت. این اندازه گیری های نشان داد که این سطوح نسبتاً هموار می باشند. طیفهای تراگسیل ثبت شده برای نمونه های رشد داده شده نشان داد که شفافیت نمونه ها در ناحیه مرئی حدود 80 تا 90 درصد است. ضرایب شکست، خاموشی و عمق نفوذ نور در لایه ها با استفاده از روش کمینه کردن غیر مقید نقاط و برازش آن با روابط کوشی محاسبه شدند. خواص مغناطیسی نمونه ها نیز از طریق اندازه گیریهای mfm و ثبت حلقـه پسمـاند آنهـا در دمـای اتاق مورد مطـالعه قـرار گرفت. نتایج حاصل از این اندازه گیریها نشان داد که نمونه آلایش یافته با منگنز دارای خاصیت پارامغناطیسی و بقیه نمونه ها دارای خاصیت فرومغناطیسی هستند. همچنین تحرک پذیری حاملها در نیمرساناهای مغناطیسی رقیق در فاز پارامغناطیس با استفاده از مدل هایزنبرگ مورد بررسی نظری قرار گرفت.

چکیده نظریه تابعی چگالی یکی از روش های بررسی دستگاه های بس ذره ای می باشد. معروفترین تقریب هایی که برای جمله تبادلی-همبستگی در نظریه تابعی چگالی استفاده می شوند، تقریب چگالی موضعی (lda) و تقریب شیب تعمیم یافته (gga) می باشند که در طیف وسیعی از مسایل جواب های قابل قبول و منطبق با نتایج تجربی را ارایه داده اند. اما این تقریب ها در توصیف دستگاه های همبسته قوی ضعیف عمل کرده و به نتایج منطبق با واقعیت منجر نمی شوند. یکی از روش هایی که برای اصلاح این تقریب ها ارایه شده است، روش lda+u می باشد که در اینجا u انرژی هابارد است. در این پایان نامه ما با استفاده از روش های lsda (تقریب چگالی اسپینی موضعی) و lsda+u با انرژی های هابارد مختلف به مطالعه منگنایت ndmno3 پرداختیم. با استفاده از تقریب های فوق ساختار الکترونی و مغناطیسی این سیستم مطالعه شد. با استفاده از تقریب های فوق و انرژی های هابارد مختلف بعد از بهینه سازی حجم و پارامتر های شبکه، فاز مغناطیسی حالت پایه ترکیب، گشتاور مغناطیسی اتم ها، چگالی حالات کل و جزئی و ساختار نواری ترکیب محاسبه گردید. محاسبه انرژی حالت پایه سیستم نشان داد که هر چند فاز فرومغناطیسی و پادفرومغناطیسی در رقابت می باشند ولی فاز فرومغناطیسی پایدارتر است. گشتاور مغناطیسی محاسبه شده از تقریب lsda+u برای اتم منگنز نتایج قابل قبولی می دهد در صورتی که با استفاده از تقریب lsda این امر ممکن نبود. از بررسی چگالی حالت های الکترونی می بینیم که برای چگالی حالات نیز تقریب lsda+u نتیجه قابل قبول تری می دهد و از مقایسه نتایج چگالی حالت مشاهده می شود که الکترون های اوربیتال d3 اتم منگنز در رسانش و هیبریدشدگی این اتم شرکت می کنند. همچنین این بررسی ها نشان می دهند که اوربیتال d3 اتم منگنز موثرترین اوربیتال در خاصیت مغناطیسی این ترکیب است. نتایج تقریب lsda نشان داد که ترکیب ndmno3 باید رسانا باشد که با نتایج تجربی سازگار نمی باشد.

در این تحقیق، خواص ساختاری و مغناطیسی نانولایه های سه تایی fe/cu/fe با ضخامت های متغیر لایه های آهن و مس مورد بررسی قرار گرفتند. بدین منظور، نمونه-های fe/cu/fe با استفاده از روش تبخیر در خلأ بر روی زیرلایه شیشه تهیه شدند. مشخصه یابی خواص ساختاری نمونه ها با استفاده از طیف پراش اشعه ایکس (xrd) و مورفولوژی سطح آن ها بوسیله تصاویر fesem و همچنین بررسی خواص مغناطیسی نمونه ها با دستگاه مغناطیس سنج نمونه مرتعش (vsm) انجام گرفت. مقاومت الکتریکی نمونه ها به روش چهارپایانه ای و در حضور میدان مغناطیسی اندازه گیری شد. برای محاسبه ناهمسانگردی مغناطیسی نیز از قانون نزدیکی به اشباع استفاده شد. در طیف های اشعه ایکس نمونه های با ضخامت لایه آهن متغیر، قله پراش (110) ساختار مکعبی مرکز حجمی آهن مشاهده شد. در طیف های پراش نمونه های با ضخامت لایه مس متغیر، قله پراش (110) ساختار مکعبی مرکز حجمی آهن و قله پراش (111) ساختار مکعبی مرکز سطحی مس مشاهده گردید. تصاویر fesem نمونه ها نشان داد که لایه ها دارای سطحی یکنواخت و پیوسته هستند. نتایج اندازه گیری پسماند مغناطیسی لایه ها بیانگر این هستند که محور آسان نمونه ها در صفحه لایه قرار دارد و همه آن ها در دمای اتاق فرومغناطیس هستند. علاوه بر این، افزایش ضخامت لایه مغناطیسی آهن، افزایش مغناطش اشباع و باقیمانده را در پی داشت. در حالیکه، با افزایش ضخامت لایه جداساز مس، این مقادیر تغییری نکردند. اندازه گیری های مقاومت مغناطیسی نمونه ها نشان دادند که با افزایش ضخامت لایه آهن، مقاومت مغناطیسی نمونه ها کاهش می یابد. در حالی که با افزایش ضخامت لایه جداساز مس، مقاومت مغناطیسی نمونه ها افزایش یافت. نتایج بدست آمده از اندازه گیری ناهمسانگردی مغناطیسی لایه ها نیز نشان داد که با افزایش ضخامت لایه مغناطیسی آهن، ثابت ناهمسانگردی موثر افزایش می یابند.

نیمرسانای اکسید قلع با گاف نواری پهن، به دلیل داشتن خواص الکتریکی و اپتیکی مطلوب، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. آلایش آن با عناصر واسطه مغناطیسی، منجر به استفاده از آن در صنایع اسپینترونیک می شود. در این پایان نامه خواص ساختاری، الکترونی، مغناطیسی و اپتیکی اکسیدقلع خالص و آلاییده با کبالت، آهن و منگنز، با استفاده از کد محاسباتی wien2k، مورد بررسی قرار گرفته است، برای محاسبات، تقریب های gga و lda، برای ساختار خالص و از تقریب gga، برای ساختارهای آلاییده، استفاده گردید. با بررسی چگالی حالت های جزئی اکسید قلع مشخص شد که حالت های پیوندی از هیبریداسیون حالت های p2-o و s5-sn و همچنین از هیبریداسیون حالت های p2-o و p5-sn ایجاد می گردند. با بررسی چگالی حالت های جزئی اکسید قلع آلاییده با عناصر واسطه مشخص شد که بیش ترین سهم در چگالی حالت ها در نزدیکی تراز فرمی در نوار ظرفیت و نوار رسانش، مربوط به اوربیتال های d3-tm می باشد. آلایش عناصر مغناطیسی نشان داد که به ازای غلظت 5/12% کبالت و آهن، در حالتی که دو یون مغناطیسی در مجاورت هم قرار گرفته اند، فاز پایدار مغناطیسی، فرومغناطیس و در حالت منگنز، پادفرومغناطیس می باشد. همچنین مشخص شد که به ازای غلظت 5/12% آهن و منگنز، در حالتی که دو یون مغناطیسی نسبت به هم دور هستند، فاز پایدار مغناطیسی پادفرومغناطیس می باشد. در آلایش 25% به ازای هم? عناصر، فاز پایدار مغناطیسی فرومغناطیس می باشد. با بررسی نمودارهای طیف اپتیکی نمونه های sn1-xtmxo2 مشخص شد که با افزایش غلظت آلایش، شدت اولین قله در نمودارهای جذب افزایش می یابد ولی در مورد قله های بعدی، کاهش می یابد، همچنین با افزایش غلظت آلایش تا 5/12%، پدیده جابه جایی قرمز در نمودارهای جذب اپتیکی مربوط به ساختارهای sn1-xtmxo2 مشاهده شد و به ازای غلظت های بالاتر، بسته به نوع عنصر tm، جابه جایی قرمز یا جابه جایی آبی، مشاهده گردید.

ابررسانایی به معنای صفر شدن مقاومت الکتریکی و بروز رفتارهای مغناطیسی ویژه در بعضی مواد است هنگامی که دمای آنها تا کمتر از یک مقدار بحرانی، کاهش یابد. ابررساناها می توانند چگالی جریان نسبتا زیادی بدون تلفات اهمی داشته باشند. ماشین های الکتریکی که با استفاده از سیم پیچ های ابررسانا ساخته می شوند، دارای حجم و وزن کمتر و راندمان بیشتری نسبت به ماشین های الکتریکی معمولی هستند و از این رو برای صنایع حمل و نقل و پیشران های الکتریکی مناسب می باشند. در این رساله برای نخستین بار ساختار جدیدی از یک موتور ابررسانای سنکرون برای پیشران دریایی ارائه می شود. با ارائه یک الگوریتم طراحی جدید، یک نمونه موتور ابررسانای 5/2 مگاوات با سرعت اسمی 220 دور بر دقیقه، با ساختار پیشنهادی، طراحی می شود. مشخصات عملکرد این ماشین در شرایط بی باری و تحت بار با استفاده از روش اجزای محدود مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته و دقت الگوریتم طراحی و صحت عملکرد ماشین تایید می شود. همچنین اصول کلی طراحی سیستم سردکننده برای عملکرد پایدار سیم پیچ های ابررسانای ماشین مزبور نیز بیان می شود. سپس مسائل جانبی مرتبط با طراحی ماشین های ابررسانا از قبیل بهینه سازی شکل و بهبود جریان بحرانی سیم پیچ های ابررسانا، امکان حذف هسته مغناطیسی ماشین و تعیین فرکانس بهینه طراحی، مطرح شده و برای ساختار پیشنهادی ماشین ابررسانا، مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. نتایج بررسی های اخیر منجر به بهبود بعضی مشخصات ماشین بویژه حجم، وزن و راندمان ماشین می شود. ارزیابی کلی ماشین طراحی شده با ساختار پیشنهادی، نشان می دهد این موتور می تواند یکی از مناسب ترین انتخاب های ممکن برای پیشران های الکتریکی باشد.

هدف این پایان نامه، رشد و مشخصه یابی خواص مغناطیسی نانوساختارهای سه لایه‎ای co/cu/co می‎باشد. از میان روش های متعدد رشد چندلایه‏ای‏ها، لایه نشانی به روش تبخیر حرارتی در خلأ انتخاب شد. به منظور بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی سه لایه‏ای‏ها، لایه‎هایی با ضخامت‎های مختلف مس و کبالت تهیه شدند. برای مطالعه ساختار از طیف پراش اشعه ایکس (xrd) استفاده و ریخت‎شناسی سطح نمونه‎ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (fesem) انجام شد. همچنین بررسی خواص مغناطیسی نمونه‎ها با دستگاه مغناطیس سنج نمونه مرتعش (vsm) و مقاومت مغناطیسی نمونه‎ها به روش ون در پاو اندازه‎گیری شد. در نهایت برای محاسبه ناهمسانگردی مغناطیسی از قانون نزدیکی به اشباع استفاده شد. در طیف پراش اشعه ایکس مربوط به این نمونه‏ها قله پراش (111) ساختار مکعبی مرکز وجهی کبالت مشاهده شد. تصاویر fesemنمونه‎ها نشان داد که در نمونه‏های با ضخامت لایه مس ثابت، با افزایش ضخامت لایه کبالت ریخت شناسی سطح نمونه‏ها تغییر چندانی نمی‎کند و تمام نمونه‏ها دارای سطحی با دانه‏بندی یکنواخت متراکم و منسجم هستند. در سطح نمونه‎های با ضخامت لایه کبالت ثابت، با افزایش ضخامت لایه غیر مغناطیسی مس ابتدا ابعاد دانه‏ها افزایش، سپس با افزایش بیشتر ضخامت لایه مس ابعاد دانه‏ها کاهش پیدا کرد. نتایج اندازه‏گیری پسماند مغناطیسی لایه‏ها بیانگر این است که محور آسان نمونه‎ها در صفحه لایه قرار دارد. همچنین افزایش ضخامت لایه مغناطیسی کبالت افزایش مغناطیش اشباع و باقیمانده را به همراه داشت. در حالیکه، با افزایش ضخامت لایه جداساز مس، این مقادیر تغییر چندانی نمی‏کند. اندازه‎گیری‎های مقاومت مغناطیسی نمونه‎ها نشان داد که با افزایش ضخامت لایه مغناطیسی کبالت مقادیر مقاومت مغناطیسی کاهش می‎یابد. همچنین با افزایش ضخامت لایه میانی و غیر مغناطیسی مس نیز باعث کاهش مقاومت مغناطیسی نمونه‎ها می‎شود. نتایج حاصل از محاسبات قانون نزدیکی به اشباع نشان داد که با افزایش ضخامت لایه مغناطیسی کبالت، مقادیر ثابت ناهمسانگردی افزایش می‏یابد، این در حالی است که با افزایش ضخامت لایه غیر مغناطیسی و میانی مس مقادیر ثابت ناهمسانگردی ابتدا افزایش و سپس کاهش می‏یابند.

در این تحقیق تجربی ابتدا نانوذرات اکسید قلع خالص و آلاییده با بورون به روش سل- ژل تهیه شدند و سپس خواص ساختاری آن ها و همچنین کارایی حسگرهای گازی ساخته شده بر پایه این نانوذرات در حضور گازهای اتانول و متانول مورد بررسی قرار گرفتند. برای بررسی خواص ساختاری نمونه ها از اندازه گیری های پراش پرتو ایکس (xrd)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی اثر میدانی (fesem) استفاده شد. طیف xrd نمونه های خالص وآلاییده، تشکیل ساختار روتایل چهارگوشی اکسید قلع را تایید نمود. نتایج حاصل از بررسی این طیف ها نشان دادند اندازه بلورک ها در نمونه های آلاییده در مقایسه با نمونه خالص کاهش یافته است. اندازه بلورک ها در محدوده nm 13-7 بدست آمد. همچنین تصاویر fesem نمونه ها تشکیل ساختاری شامل دانه هایی در ابعاد نانو و سطحی با تخلخل قابل توجه بود. نتایج بررسی عملکرد حسگری نمونه ها نشان داد که حساسیت حسگر در حضور غلظت های مختلف گاز، برای نمونه آلاییده با %wt 2 بورون از بیشترین مقدار برخوردار است. میزان حساسیت این نمونه در حضور ppm 2000 اتانول و متانول به ترتیب %95 و %86 بود. دمای کار بهینه برای این نمونه در حضور گازهای اتانول و متانول نیز به ترتیب حدود °c190 و °c250 بدست آمد.

در این پایان نامه ریخت شناسی، خواص ساختاری و اپتیکی لایه های نازک zns رشد داده شده به روش های سل-ژل و تجزیه گرمایی افشانه ای را بر روی زیرلایه شیشه مورد بررسی قرار داده ایم. در این مطالعه از دستگاه های میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fesem)، پراش اشعه x (xrd) و طیف سنجی (uv-vis) استفاده کرده ایم. در نمونه های رشد یافته به روش سل-ژل اثر دمای خشک سازی بر روی خواص ساختاری و اپتیکی لایه های نازک zns مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی طیف xrd ثبت شده برای نمونه های تهیه شده به روش سل-ژل چرخشی نشان داد که ساختار همه نمونه ها آمورف است. طیف تراگسیل، عبور متوسط 90% از این نمونه ها را نشان می دهد. در نمونه های رشد یافته به روش تجزیه گرمایی افشانه ای اثر دمای زیرلایه، آهنگ شارش محلول و اثر ناخالصی آلومینیوم بر روی خواص ساختاری و اپتیکی لایه های نازک zns مورد بررسی قرار گرفته است. طیف های xrd ثبت شده از همه ی نمونه های تهیه شده به روش تجزیه گرمایی افشانه ای، تشکیل ساختار مکعبی سولفید روی با راستای ترجیحی (111) را تایید نمودند. تصاویر fesem نمونه ها نشان دادند که سطح زیرلایه با لایه ی یکنواختی از سولفید روی که دارای ساختار دانه ای است پوشیده شده است. بررسی اثر دمای زیرلایه نشان داد که نمونه تهیه شده در دمای 500 نسبت به سایر نمونه ها دارای ساختار بلوری بهتر و اندازه دانه ی بزرگتری است. با افزایش دمای زیرلایه گاف نواری نمونه ها از ev 3/8 به ev 3/5 کاهش می یابد. بررسی اثر آهنگ شارش محلول نشان داد که این پارامتر روی خواص ساختاری و اپتیکی نمونه ها تاثیر قابل ملاحظه ای دارد. با افزایش آهنگ شارش محلول، عبور متوسط نمونه ها به طور محسوسی کاهش و گاف نواری مستقیم نمونه ها نیز حدود mev 200 کاهش می یابد. بررسی اثر آلایش al نشان داد که با افزایش الایش al تا 5% وزنی، عبور در نمونه ها افزایش و با افزایش بیشتر از این مقدار (تا 9%) عبور کاهش می یابد.

امروزه بیشتر از هفتاد درصد انرژی مصرفی جهان، از سوخت های فسیلی تأمین می شود. این سوخت ها نه تنها باعث تولید مقادیر زیادی از آلودگی می شوند، بلکه تا 50 سال آینده نیز به اتمام خواهند رسید. بنابراین ما به گسترش منابع انرژی تجدید پذیر، از قبیل انرژی خورشید، نیازمندیم. انرژی خورشیدی یکی از کاندید های انرژی پایدار و پاک می باشد. سلول های خورشیدی قطعات نیمرسانایی هستند که مستقیماً انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. در حال حاضر، سلول های خورشیدی معدنی به صورت صنعتی و با بازدهی بالا تولید می گردند، اما هزینه تولید آن ها بسیار بالاست. بنابراین در دو دهه اخیر انواع جدید مواد از قبیل نیمرساناهای آلی توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. هزینه تولید پایین، انعطاف پذیری، وزن پایین و امکان ساخت در مساحت بزرگ از جمله مزایای سلولهای خورشیدی آلی می باشد. از اینرو ما در این تحقیق، فیزیک و خواص نیمرساناهای آلی را به منظور استفاده در سلول های خورشیدی مورد مطالعه قرار داده ایم. در این پایان نامه چند نمونه سلول خورشیدی آلی دولایه ای متشکل از فتالوسیانین مس (cupc)، به عنوان پذیرنده حفره، و فولرین (c60)، به عنوان پذیرنده الکترون، با ساختار های ناهمگون ito/cupc(20nm)/c60(40nm)/al(80nm) و ito/cupc(20nm)/c60(40nm)/bcp(8nm)/al(80nm) با استفاده از روش تبخیر حرارتی در خلاء بالا، ساخته شدند. نمودار های جریان- ولتاژ سلول ها با استفاده از شبیه ساز خورشیدی تحت تابش استاندارد am1.5 اندازه گیری شد. با استفاده از bcp به عنوان یک لایه سد کننده اکسیتون (ebl) در فصل مشترک ماده آلی/ فلز، چگالی جریان مدار کوتاه سلول افزایش و در نتیجه عملکرد سلول بهبود یافت. در نهایت، طیف جذب لایه های نازک به کار رفته در سلول ها و همچنین طیف جذب خود سلول اندازه گیری شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. مشاهده کردیم که در سیستم های دو لایه ای cupc/c60 ، در تمام محدوده طیف مرئی، cupc و c60 دارای طیف های جذب مکمل می باشند. همچنین دریافتیم که با افزایش ضخامت لایه و خلوص ماده، مقدار جذب افزایش می یابد. با استفاده از پراش پرتوی x ، ساختار لایه ها مورد بررسی قرار گرفت.