در این پژوهش خواص اپتیکی از قبیل تابع دی الکتریک، ضریب شکست و ضریب خاموشی، هدایت اپتیکی، قاعده جمع قدرت نوسانگر، شدت انتقال بین نواری، و طیف اتلاف انرژی و همچنین خواص الکترونی نظیر ساختار نواری و طیف چگالی حالتها برای انواع نانولوله های کربنی تک جداره و سیستم های پیپاد مطالعه شده است. در محاسبات خواص اپتیکی مختلط از تبدیلات کرامرز- کرونیک استفاده شده است. کلیه توابع اپتیکی در هر دو راستای میدان موازی (قطبش موازی) و عمودی (قطبش عمودی) محاسبه شده است. مشخص شد که تمامی توابع اپتیکی به استثنای طیف اتلاف انرژی، حول این دو قطبش کاملا ناهمسانگردند. در نانولوله های فلزی از قبیل(3،3)، (4،1) و (5،0) علاوه بر انتقالات بین نواری، سهم انتقالات درون نواری نیز در محاسبه خواص اپتیکی این نانولوله ها در نظر گرفته شده است. با افزودن سهم انتفالات درون نواری، تغییرات چشمگیری در طیف های اپتیکی نانولوله فلزی(4،1) در راستای میدان موازی صورت می پذیرد، در صورتی که در حالت قطبش عمودی افزودن انتقالات درون نواری، تغییری در طیف های اپتیکی ایجاد نمی کند. با در نظر گرفتن سهم انتقالات درون نواری، قسمتهای حقیقی و موهومی تانسور دی الکتریک در انرژی صفر دارای تکینگی بوده و بنابراین ثابت دی الکتریک الکترونی به سمت بی نهایت میل می کند. کلیه نانولوله های کربنی دسته صندلی دارای خاصیت فلزی هستند. طیف های اپتیکی محاسبه شده نانولوله (3،3)، حول دو قطبش اعمالی کاملا ناهمسانگرد بوده و در راستای میدان موازی با محور نانولوله در انرژی حدود صفر طیف ها دارای تکینگی هستند. نانولوله های با قطر کوچک، بسته به کایرالیتی و قطر نانولوله، ممکن است دارای خاصیت فلزی یا نیمرسانایی باشند. نتایج ما نشان می دهد که نانولوله های (5،0) و (3،3) دارای خاصیت فلزی بوده در حالیکه نانولوله (4،2) نیمرسانا با گافی حدود ev24/0 در نقطهx و گافی دیگر با پهنای ev2/1 در نقطه است. نتایج حاصل از محاسبات گاف انرژی نانولوله های کربنی تک جداره بیانگر این مطلب است که نانولوله های زیگزاگ با کایرالیتی مضربی از 3 ، دارای گاف بسیار باریک، کمتر ازev1/0 می باشند. همچنین مقدار گاف محاسبه شده برای نانولوله های زیگزاگ با کایرالیتی کمتر از 7، به خاطر اثرات انحنا بالا در نانولوله های کوچک، مقدار صفر به دست آمده است، در صورتی که بر طبق مدل بستگی قوی نانولوله های(4،0) و (5،0) نیمرسانا می باشند. اختلاف بین نتایج ما و نظریه بستگی قوی ناشی از اثرات انحنا می باشد. در نانولوله های با قطر کوچک اثرات انحنا بیشتر بوده و در نتیجه منجر به هیبریداسیون بیشتری بین اربیتال های ? و? شده و سبب تغییر ساختار نواری می شود. قله های مشاهده شده در بخش موهومی تابع دی الکتریک، که با ei نشان داده شده اند، بیانگر گذارهای اپتیکی مجاز بین نواری می باشند. تعداد قله ها ( گذارهای اپتیکی) با کاهش قطر نانولوله کاهش می یابد که ناشی از هیبریداسیون ??? بیشتر در نانولوله های کوچکتر است. اولین، دومین، سومین و چهارمین گذار اپتیکی برای انواع مختلف نانولوله های کربنی تک جداره محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد، که بر خلاف نانولوله های با قطر بزرگ، طیف جذب نانولوله های کربنی با قطر کوچک قویا به کایرالیتی نانولوله بستگی دارد. ثابت دی الکتریک الکترونی و گاف اپتیکی نانولوله های کربنی تک جداره در هر دو راستای قطبش موازی و عمودی محاسبه شده است. با توجه به نتایج مشخص می شود که در نانولوله های کربنی با قطر بزرگ، گاف اپتیکی محاسبه شده در راستای قطبش عمودی بزرگتر از مقدار آن در قطبش موازی است، در حالیکه در نانولوله های با قطر کوچک اندازه گاف اپتیکی در راستای قطبش موازی، در مقایسه با قطبش عمودی، بزرگتر است. همچنین مشاهده می شود که اندازه گاف اپتیکی، با کاهش قطر نانولوله، افزایش می یابد. تانسور دی الکتریک نانولوله های کربنی محاسبه شده حول این دو قطبش کاملا ناهمسانگرد بوده و اندازه ثابت دی الکتریک در راستای قطبش موازی بزرگتر از مقدار آن درحالت قطبش عمودی است. طیف اتلاف محاسبه شده برای انواع نانولوله های کربنی تک جداره نسبتا مشابه بوده و یک قله تیز پلاسمونی ? در انرژی حدود ev5 و نیز یک قله پلاسمونی ??? پهن در محدوده انرژی ev22-15 در توابع اتلاف مربوط به تمامی نانولوله ها مشاهده می شود. علاوه بر این مشخص شد که بر خلاف تابع دی الکتریک، طیف اتلاف محاسبه شده برای نانولوله های کربنی تک جداره بستگی چندانی به کایرالیتی ندارد و همچنین ناهمسانگردی ضعیفی حول هر دو قطبش دیده می شود که با نتایج گزارش شده دیگران در توافق است. در این پژوهش سیستم پیپاد متشکل از نانولوله های کربنی تک جداره (10،0) و (12،0) پرشده با پلی تایوفین مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا محاسبات را برای سیستم های پلی تایوفین و نانولوله به صورت جداگانه انجام داده و سپس پلی تایوفین را در راستای محور نانولوله وارد و آنگاه محاسبات را برای سیستم پیپاد تکرار نمودیم. چون برهمکنش بین پلی تایوفین و نانولوله از نوع واندروالس می باشد، با ورود پلی تایوفین داخل نانولوله گاف انرژی تغییری نکرده و ساختار نواری سیستم پیپاد جدید حاصل برهمنهی نوارهای انرژی سیستم های اولیه پلی تایوفین و نانولوله است. با وارد کردن پلی تایوفین به داخل نانولوله، توابع اپتیکی نانولوله در راستای قطبش موازی به طور چشمگیری تغییر می کند، در صورتی که برای قطبش عمودی توابع اپتیکی سیستم اولیه نانولوله و سیستم جدید پیپاد تقریبا مشابه است. منحنی اختلاف سیستم های اولیه پلی تایوفین و نانولوله از سیستم جدید پیپاد، بیانگر برهمکنش بین پلی تایوفین و نانولوله در سیستم پیپاد می باشد و نشان دهنده گذارهای اپتیکی جدید بین پلی تایوفین و نانولوله است. چهار قله اول در قسمت موهومی تابع دی الکتریک سیستم پیپاد، اولین، دومین، سومین و چهارمین گذار اپتیکی جدید بین پلی تایوفین و نانولوله را نشان می دهد. اثرات برهمکنش بین پلی تایوفین و نانولوله، با توجه به منحنی اختلاف (diff)، در تابع اتلاف انرژی چشمگیرتر است.

در این پژوهش خواص الکترونیکی و اپتیکی ترکیبga1-xalxas ‎ به ازای ‎x=0, 0.25, 0.75, 1‎ با استفاده از اصول اولیه و روش نظریه تابعی چگالی مطالعه شده است. این بررسی ها با استفاده از محاسبه انرژی کل و از طریق روش امواج تخت تقویت شده خطی (fp-lapw) که بر پایه نظریه تابعی چگالی dft هوهنبرگ-کوهن شم استوار است، به کمک کد wien2k صورت گرفته است. در ارتباط با برهمکنش های پتانسیل همبستگی تبادلی از تقریب چگالی موضعی lda و تقریب گرادیان تعمیم یافته gga بهره جسته ایم.‎‎ محاسبات نشان داد که با افزایش مقدار آلومینیوم (x) در ترکیب، اندازه گاف بزرگتر می شود و به ازای مقادیر ‎ x=0.42‎ گاف انرژی از حالت مستقیم در راستا‎ی ‎gamma-gamma ‎‎به غیر مستقیم در امتداد ‎x-gamma‎ تبدیل می شود. نتایج بدست آمده برای gaas یک گاف نواری مستقیم در امتداد gamma-gamma به بزرگی 1.1ev و برای alas یک گاف نواری غیر مستقیم در امتداد x-gamma‎‎‎ به مقدار 2.1ev را نشان می دهد. بررسی خواص اپتیکی نشان می دهد که ضریب شکست با افزایش مقدار آلومینیوم (x) در ترکیب کاهش پیدا می کند، به طوری که مقدار آن برای gaas 3.22 و برای alas 2.8 بدست آمد. با استفاده از طیف اتلاف انرژی الکترون، انرژی پلاسمون برای ترکیب ‎ga1-xalxas را در حدود 15.4ev‎‎ بدست آوردیم.

نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده موادی هستند که خواص نیمرسانایی و مغناطیسی را به طور همزمان نشان می دهند. این مواد نیمرساناهایی هستند که شامل تعدادی اتم عناصر واسطه اند که جایگزین کاتیون ها شده اند. از بین نیمرساناهای فرومغناطیس گروه iii–v ، نیمرسانای مغناطیسی گالیوم نیتراید رقیق شده با عناصر واسطه (ga,tm)n به خاطر دمای کوری بالای دمای اتاق، بیشترین کاربرد را در صنعت اسپین ترونیک دارد. در این پژوهش خواص الکترونی و مغناطیسی نانولوله های خالص و آلایش یافته gan با عناصر واسطه (v, cr, mn , fe, co, ni ) ، با استفاده از رهیافت نظریه تابع چگالی قطبیده اسپینی و تقریب شیب تعمیم یافته gga توسط کد محاسباتی siesta مطالعه شده است. محاسبات روی نانولوله های خالص آرمچیر (3,3)، (5,5)، (7,7)، (8,8)، (9,9)، (10,10)، (12,12)، (14,14) و زیگزاگ (0,3)، (0,5)، (0,7)، (0,8)، (0,9)، (0,10)، (0,12)، (0,14) صورت گرفته است. نتایج حاصله از محاسبات الکترونی بیانگر خواص نیمرسانایی این نانولوله هاست. ساختارهای الکترونی نشان می دهد نانولوله های زیگزاگ وآرمچیر به ترتیب دارای گاف نواری مستقیم و غیر مستقیم بوده و در هر دو نوع نانولوله با افزایش قطر، گاف نواری افزایش یافته بگونه ای که تغییرات گاف نواری در نانولوله های زیگزاگ نسبت به نانولوله های آرمچیر بیشتر است اما این روند افزایشی در قطرهای بالاترکندتر می گردد. تقارن چگالی حالت ها بیانگر عدم خاصیت مغناطیسی نانولوله های خالص می باشد. نانولوله های آرمچیر (3, 3)، (5, 5) و زیگزاگ (0, 9)، (0, 5) توسط عناصر واسطه مورد آلایش قرار گرفت. چگالی حالت های اسپینی قطبیده نشان می دهد که نانولوله های گالیوم نیتراید آلایش یافته با عناصر واسطه، نیمرسانای مغناطیسی رقیق شده اند. آلایش با v و cr و mn در همه موارد منجر به ایجاد خاصیت فرو مغناطیسی گردید. فلز mn پایدارترین فاز فرومغناطیسی و بیشترین گشتاور موضعی مغناطیسی را برای هر دو نوع نانو لوله نشان داد. نانولوله های آلایش یافته با co و ni در فاز پایدار از خود خاصیت آنتی فرو مغناطیسی نشان داده، در حالیکه نانولوله های آلایش یافته با fe بسته به موقعیت آلایش، هر دو فاز آنتی فرومغناطیسی و فرومغناطیسی را نشان می دهد. گشتاور مغناطیسی کل ایجاد شده در ساختار، در حضور عناصر واسطه، از v به سمت fe افزایش یافته و بیشینه مقدار را آلایش fe نشان می دهد درحالیکه با افزایش عدد اتمی از fe به سمت ni گشتاور مغناطیسی کل کاهش می یابد. حالت نیم فلزی با قطبش اسپینی 100 درصد در نمونه های آلایش یافته با mn مشاهده گردید. ساختار منحصر به فرد قطبش اسپینی ترازهای انرژی به هیبریداسیون بین اوربیتال های تراز d3 عناصر واسطه و اوربیتال p2 نیتروژن های همسایه آن مربوط می شود. گشتاور مغناطیسی موضعی عناصر واسطه و گشتاور مغناطیسی کل محاسبه شده برای ساختارهای مختلف، در توافق خوبی با نتایج تجربی است. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند جهت مطالعات تجربی آینده روی نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده مفید واقع گردد. با توجه به نتایج حاصله از این پژوهش، نانولوله های gan آلایش یافته با عناصر واسطه، به عنوان کاندیدای مناسب جهت کاربرد در قطعات اسپین ترونیکی پیشنهاد می شود.

طیف وسیعی از مواد نیمرسانا با آلایش عناصر واسطه (اتمهای مغناطیسی) وجود دارند، که این مواد را عموماً بعنوان نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده dms می شناسند. از سوی دیگر dms های حاصل از ترکیبات نیمرسانای گروه iii-v، بعلت امکان کاربرد آنها در اسپینترونیک، توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. افزایش تقاضا برای وسایل الکترونیکی حالت جامد که کیفیت بهتر و سرعت بیشتری نسبت به نمونه های موجود داشته باشد سبب توجه زیاد به ترکیبات گالیوم آرسناید شده است. در این پژوهش خواص الکترونی و مغناطیسی نانولوله های خالص و آلایش یافته gaas با عناصر واسطه (v, cr, mn , fe, co, sc, ti, ni ) ، با استفاده از رهیافت نظریه تابع چگالی قطبیده اسپینی و تقریب چگالی موضعی lda توسط کد محاسباتی siesta مطالعه شده است. محاسبات روی نانولوله های خالص دسته صندلی (4,4)، (5,5)، (6,6)، (7,7)، (8,8)، (9,9)، (10,10)، (12,12)، (14,14)، (16,16)، (18,18)، (20,20) و زیگزاگ (0,4)، (0,5)، (0,6)، (0,7)، (0,8)، (0,9)، (0,10)، (0,12)، (0,14)، (0,16)، (0,18)، (0,20) صورت گرفته است. نتایج حاصله از محاسبات الکترونی بیانگر خواص نیمرسانایی این نانولوله هاست. نانولوله های دسته صندلی (3, 3)، (5, 5) و زیگزاگ (0, 9)، (0, 5) توسط عناصر واسطه مورد آلایش قرار گرفته است که نتایج حاصل از این تحقیق می تواند جهت مطالعات تجربی آینده روی نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده مفید واقع گردد. با توجه به نتایج حاصله از این پژوهش و انعطاف پذیری نانولوله های gaas در حضور آلایش و مشاهده خاصیت فرومغناطیس در دمای اتاق، نانولوله های gaas آلایش یافته با عناصر واسطه به عنوان کاندیدای مناسب جهت کاربرد در قطعات اسپین ترونیکی، فیلترهای جریان اسپینی و تزریق کننده های جریان اسپینی پیشنهاد می شوند.

در این پژوهش از بین نیمرساناهای گروه iii–v، گالیوم نیترید بدلیل داشتن دمای کوری بالای دمای اتاق و گاف نواری بزرگ به عنوان ماده مورد بررسی انتخاب گردید. سعی ما در این پژوهش یافتن ساختارهایی با ویژگی مناسب برای استفاده در مطالعات ترابردی بوده است. در قسمت اول خواص الکترونی، مغناطیسی نانو روبان خالص، دارای نقص و آلایش یافته gan با عناصر واسطه(cr, mn , fe, ni ) ، با استفاده از رهیافت نظریه تابعی چگالی قطبیده اسپینی و تقریب شیب تعمیم یافته ggaتوسط کد محاسباتی siesta مطالعه شده است و در قسمت دوم خواص ترابردی نانو روبان خالص با استفاده از رهیافت تابع گرین غیر تعادلی و تقریب شیب تعمیم یافته gga توسط کد محاسباتی transiesta بررسی شده است. نتایج بررسی های مغناطیسی و الکتریکی حاصل نشان می دهد که حضور پیوندهای آویزان درون ساختار gan بسته به محل پیوندهای آویزان و نظم لبه های ساختار موجب بروز خاصیت نیم فلزی ذاتی، فلز مغناطیسی و نیمرسانای مغناطیسی می گردد. براساس نتایج این پژوهش، امکان دست یابی به جریان میکروآمپری و 100% قطبیده اسپینی از ساختار نانوروبان گالیوم نیترید خالص بدون به کارگیری آلایش مغناطیسی یا اعمال ولتاژ گیت وجود دارد.

در حال حاضر تحقیقات وسیعی روی استفاده از مولکول های آلی به عنوان قطعات الکترونیکی و اسپینترونیک مولکولی در حال انجام است. در اسپنترونیک مولکولی از مولکول های آلی به خاطر ساختار قابل کنترلشان، ارزان بودن، انعطاف پذیربودن و همچنین طول همدوسی اسپینی بزرگی که نسبت به فلزات و نیم رسانا های رایج دارند، به عنوان کانال مولکولی مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش ابتدا، خواص ساختاری و الکترونی الیگو تیوفن های-n (1n= الی 10(n= خالص و متصل به سولفور، با استفاده از رهیافت نظریه تابع چگالی (dft) و تقریب شیب تعمیم یافته (gga)توسط کد محاسباتی siesta بررسی شده است.سپس، با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی (negf)، فرمول بندی لاندائور- بوتیکر و کد محاسباتیtransiesta ، خواص ترابرد الکترونی سیم های مولکولی، الکترود طلا / الیگو تیوفن های-n / الکترود طلا را برای صفحات (100) و (111) طلا، در دو زاویه صفر و 90 درجه مورد بررسی قرار داده ایم. در مرحله بعد، خواص ترابرد وابسته به اسپین الیگوتیوفن ها در پیوندگاه تونلی، الکترود آهن/ الیگوتیوفن ها-n / الکترود آهن برای صفحات (100) و (111) آهن بررسی شده است.