چگونگی توزیع و جایگزیدگی حالت های گسیلی در نوک نانولوله های کربنی تاثیر بسزایی در الگو و جریان گسیل میدانی آنها دارد. نتایج آزمایشات میکروسکوپ تونل زنی پویشی و میکروسکوپ تونل زنی طیف بینی نانولوله های کربنی نشان داده است که شبکه ی پیوندی کربن در نوک نانولوله و به ویژه جایگاه نسبی پنج ضلعی ها در ناحیه ی خمیده ی نوک پاسخگوی خواص الکترونیکی آنها است. معمولا در تئوری، خواص الکترونیکی مواد از تحلیل چگالی حالت های الکترونی حاصل می شود. به همین دلیل، در این پایان نامه به چگونگی محاسبه چگالی حالت های الکترونی موضعی نوک نانولوله های کربنی سر باز و سر بسته آرمچیر و زیگزاگ با ساختارهای متفاوت در رهیافت بستگی قوی به کمک ابزار تابع گرین پرداختیم. روشی که در این پایان نامه ارائه داده ایم ، متفاوت از تحقیقات پیشین است. ما توابع گرین مورد نیاز برای محاسبه چگالی حالت ها را از تکنیک لوپز بدست می آوریم. از اینرو کدی بر پایه ی این شیوه ی محاسباتی به زبان برنامه نویسی فرترن 90 نوشتیم. توافق کامل نتایج حاصل از بکارگیری این کد بر انواع مدل های نانولوله ی کربنی زیگزاگ و آرمچیر; با/بدون نوک دارای یک انتهای بی نهایت; دارای دو انتهای بی نهایت ، زنجیره ی یک بعدی بی نهایت کربن و محاسبه ی رسانش در نانولوله ی کربنی آرمچیر و زیگزاگ کامل، قویا بر درستی کد نوشته شده، تاکید دارد. بنابراین به بررسی اثر توزیع متفاوت پنج ضلعی ها در نوک نانولوله های کربنی بر چگالی حالات الکترونی پرداختیم. نتایج محاسبات ما نشان می دهد که هر چه تعداد پیوندهایی که مستقیما پنج ضلعی ها را به یکدیگر مرتبط می سازد بیشتر باشد، پیک های تیزی در فاصله ی نزدیکتری به سطح فرمی در نمودار چگالی حالات الکترونی تشکیل می شود و پنج ضلعی هایی که دارای تعداد بیشتری پیوند مستقیم نسبت به سایرین می باشند، بیشترین سهم را در شدت پیک نزدیک به انرژی فرمی به خود اختصاص می دهند. زمانی که پنج ضلعی ها در فاصله ی نزدیکی نسبت به یکدیگر قرار می گیرند، پیک های نزدیک به انرژی فرمی به بالای سطح فرمی منتقل می شوند و هر چه از درجه ی نزدیکی و تقارن موجود در آرایش پنج ضلعی ها کاسته شود، پیک های چگالی حالات الکترونی در فاصله ی دورتری از انرژی فرمی تشکیل می شوند.

در این تحقیق، لایه های نازک نیمرسانای اپتیکی سولفید قلع با ناخالصی مس و روی به روش اسپری پایرولیزیز بر روی بسترهای شیشه ای تهیه شده است. سپس، اثر تراکم ناخالصی مس، روی و هردو ناخالصی با هم بر روی خواص ساختاری، الکتریکی، ترموالکتریکی، اپتیکی و فوتورسانایی لایه های نازک sns بررسی شد. نتایج این بررسی ها نشان داد که تراکم بهینه برای ناخالصی مس ، روی و هردو ناخالصی با هم به ترتیب m 1/0، m 2/0 و m 2/0 است. در تهیه محلول ناخالصی، مقدار نسبت اتم ناخالصی مس به اتم میزبان [cu]/[sns] در درصدهای 0%- 5%- 10%- 20% و 30% ، برای ناخالصی روی مقدار نسبت اتم ناخالصی روی به اتم میزبان [zn]/[sns] در درصدهای 0%- 5%- 10%- 20% و 30% ، برای ناخالصی مس و روی با هم، نسبت [cu]/[sns] مقدار ثابت 10% و برای ناخالصی روی مقدار نسبت اتم ناخالصی روی به اتم میزبان [zn]/[sns] در درصدهای 0%- 5%- 10%- 15%- 20% و 30% تعیین شد. خواص ساختاری، الکتریکی و اپتیکی لایه های نازک sns، sns:cu، sns:zn و sns:cu:zn با استفاده از اندازه گیری های پراش پرتو ایکس (xrd)، طیف سنجی uv-vis، آزمایش های اثر سیبک و اثر هال مطالعه شد. نتایج حاصل از آنالیز xrd نشان دهنده تشکیل فاز sno2 و sns2 در لایه های sns، sns:cu، sns:zn و sns:cu:zn ،تشکیل فاز cu4sns4 در لایه های sns:cu و تشکیل فاز cu2znsns4 در لایه های sns:cu:zn است. برای این لایه های با غلظت بهینه برای ناخالصی مس، روی و هردو ناخالصی با هم به ترتیب گاف نواری ev 54/1، ev 58/1 و ev 88/1 و چگالی حامل ها نیز به ترتیب از مرتبه cm-3 1018، cm-3 1018 و cm-3 1019 به دست آمد و رسانش این لایه ها نیز از نوع-n می باشد. بهترین لایه جاذب نور، نمونه با تراکم ناخالصی sns:cu 10%و sns:zn 20% و sns:cu 10%:zn 20% می باشد.

از آنجاییکه جفت شدگی اسپین-مدار در گرافین بسیار ضعیف است و طول واهلش اسپینی در نمونه های آلاییده و دمای اتاق در حدود ‎$ 1 ‎mu‎ m $‎ ‎‎‎ است. انتظار می رود نمونه های‎‎ خالص دارای طول واهلشی بلندتری باشند. این امر سبب می شود گرافین به یک کاندیدای مناسب برای کاربردهای اسپینترونیک مبدل شود. از سوی دیگر گرافین به صورت ذاتی خواص مغناطیسی ندارد. بنابرا‎‎ین می توان خواص فرومغناطیسی‎‎ را به صورت خارجی به وسیله آلاییدن یا استفاده از میدان الکتریکی خارجی تولید کرد. اخیرا هوگن ‎‎‎‎ بر هم کنش فرومغناطیس برپایه ی مجاورت گرافین با حالتهای مغناطیسی را پیشنهاد کرد. در اثر این مجاورت یک میدان تبادلی روی الکترونهای سیار در گرافین القا می شود و به شکافتگی اسپینی در ترابرد منجر می شود. در اینجا ترابرد اسپینی از میان یک پیوندگاه گرافین دو لایه نرمال/فرومغناطیس/نرمال که یک ولتاژ گیت روی گرافین فرومغناطیس به کاربرده شده است را محاسبه می کنیم. برای پیکربندی موازی لایه های فرومغناطیس دو لایه گرافین ساختار نوار گرافین فلزی است و قطبش اسپینی در حالتهای تشدیدی به مقدار ماکزیمم خود می رسد. در حالیکه برای پیکربندی پادموازی، پیوندگاه به صورت نیمرسانا رفتار می کند و فیلتر اسپینی رخ نمی دهد. در نتیجه ‎به‎‎‎ یک مقاومت مغناطیسی ماکزیمم دست خواهیم یافت.

دراین پایان نامه، ساختار نواری شبکه های پادنقطه گرافینی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای به دست آوردن طیف انرژی این ساختارها، از روش بستگی قوی استفاده شده است. شکاف انرژی مشاهده شده در نقطه ی ? در منطقه ی بریلوئن، توسط پارامترهای شبکه از قبیل اندازه حفره، شکل حفره، هندسه سلول واحد و فاصله ی حفره ها از یکدیگر قابل کنترل می باشد. وابستگی شکاف انرژی به پارامترهای شبکه به گونه ای است که با اندازه حفره رابطه مستقیم و با فاصله ی حفره ها ازیکدیگر رابطه ی معکوس دارد. همچنین با تغییر شکل حفره از شش ضلعی به مثلثی یک نوار فلزی تبهگن با انرژی صفر در ساختار نواری ایجاد می شود‎. علاوه بر این، ضریب عبور الکترون از نانونوارهای گرافینی با لبه ی دسته مبلی و زیگزاگ، در حضور پادنقطه های شش ضلعی و مثلثی شکل مورد مطالعه قرار گرفته است. ضریب عبور از روش تابع گرین محاسبه و نمودارهای چگالی حالات و طیف انرژی این نوع ساختارها، با نمودار احتمال عبور مقایسه شده است. حضور پادنقطه در نانونوار گرافینی فلزی (لبه ی زیگزاگ و دسته مبلی) سبب ایجاد شکاف و درنتیجه کاهش احتمال عبور می شود. با افزایش تعداد پادنقطه ها در نانونوار گرافینی پیک های تشدیدی در اثر پدیده تداخل کوانتومی در حوالی سطح فرمی پدید می آید.

ویژگی های ترموالکتریکی گرافین در سال 2007 به طور غیر مستقیم با روش طیف سنجی رامان، و از سال 2008 به طور مستقیم با استفاده از ضرایب سی بک و نرست مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. هم زمان بررسی های نظری نیز در این باره مورد توجه قرارگرفته اند. پژوهش ها برقراری رابطه ی نیمه کلاسیکی(رفتار خطی جریان ترموالکتریکی با دما) و تعمیم یافته ی مات را به ترتیب در غیاب و حضور میدان مغناطیسی در دماهای پایین به جز در نزدیکی نقطه خنثی بار نشان می دهند. در حضور میدان مغناطیسی قوی ضرایب نرست و سی بک مستقل از کایرالیتی و پهنای نوار بیشینه هایی را در عبور سطح فرمی از ترازهای لاندائو نشان می دهند ( رفتاری نوسانی). در صفر بیشینه ی ضریب سی بک از بین می رود و مقدار ضریب نرست نیز تغییر قابل توجه ای می کند. در غیاب میدان مغناطیسی ضریب نرست صفر شده ولی ضریب سی بک وابستگی شدیدی به کایرالیتی پیدا می کند. رفتار عجیب در صفر به تغییر نوع حامل های بار نسبت داده می شود.

بیش تر زندگی ما روی سطح اتفاق می افتد. ما روی سطح زمین راه می رویم بدون اینکه متوجه مذاب بودن مرکز زمین باشیم. هنگامی که داخل بالک برایمان مهم می شود‏، بدون گذشتن از سطح نمی توانیم به آن راه پیدا کنیم. خواص سطح در بسیاری از موارد با خواص بالک کاملاً متفاوت است. بنابراین برای فهمیدن فیزیک بالک‏، مطالعه ی سطح ضرورت دارد. ‏سطح مرز بین دو محیط است. برای گذشتن از یک محیط و ورود به محیط دیگر ناگزیریم از سطح بگذریم. از این رو شناخت سطح اهمیتی بنیادی دارد. بررسی سطوح علاوه بر اهمیت در فیزیک نظری در صنعت نیز کاربرد حیاتی دارد. با وارد شدن نقش لایه های نازک‎‎‏ در تکنولوژی (که می توان گفت با تولید آینه ها در سال 1912 آغاز شد.) ‏ ‎‎ ‏، بررسی ویژگی های این لایه ها و وابستگی این خصوصیات به پارامترهای مختلف تهیه ی آن ها در میان پژوهش گران ‏رواج یافت. با تغییر پارامترهای گوناگون مانند روش لایه نشانی‏، ضخامت‏، دمای پخت‏، آهنگ لایه نشانی و ... ‏‏، خواص الکتریکی‏، اپتیکی‏، ساختاری و ... تغییر می کنند و بنابراین مطالعه ی این رفتارها در فرآیند کنترل ساخت لایه های نازک در صنعت بی شک گام مهمی است. در میان لایه های نازک، لایه های اکسید روی از مواردی ست که خواص ویژه‎‎‏ ی آن باعث شده بسیار مورد توجه قرار بگیرد. این اکسید‏، نیمرسانایی شفاف است که رسانندگی و عبور اپتیکی بالایی در ناحیه ی مرئی از خود نشان می دهد و همین سبب شده توجه زیادی را در زمینه هایی نظیر نمایشگرهای صفحات تخت و لایه های پنجره ای در سلول های خورشیدی به خود جلب کند. این اکسید با روش های مختلفی قابل لایه نشانی ست. یک روش متداول‏، ساده و کم هزینه روش اسپری پایرولیزیز است که به راحتی می توان برای نشاندن اکسید روی بر روی زیرلایه از آن استفاده کرد و لایه هایی با کیفیت بالا تهیه نمو‎‏د‎‎‎‎ که در این پژوهش از این روش استفاده شده است. پس از تهیه ی لایه ها با تصویربرداری توسط میکروسکوپ نیروی اتمی توپوگرافی این سطوح بررسی می شود و کمیت های مختلف هندسی مانند بعد فرکتالی و چندفرکتالی بودن خطوط هم ارتفاع آن مطالعه می شود. فرکتال ها ‏اشکال هندسی ای هستند که هر بخش از آن ها شبیه به کل شکل هندسی ست. به هر فرکتال یک بُعد فرکتالی نسبت داده می شود که نشان داده شده برای توصیف توپوگرافی این سطوح ابزار قوی ای به حساب می آیند. خواص آماری این سطوح مانند زبری، ممان های آمار، توزیع ارتفاع و ... نیز قابل بررسی اند که در صنعت برای مشخصه یابی این سطوح کاربرد دارند.

در این پروژه فرآیندهای پمپاژ کوانتومی آدیاباتیک و غیر آدیاباتیک در سیستم¬های یک بعدی و شبه یک بعدی (نانو نوارهای گرافین) با به کار گیری تئوری پراکندگی فلوکوئت مورد بحث قرار گرفته است. بر این اساس ابتدا پمپاژ جریان¬های بار و اسپینی در یک پمپ کوانتومی یک بعدی و در گام بعد در نانو نوارهای گرافینی زیگزاگ و دسته مبلی، با ساختار سد دوگانه بر حسب پارامترهای مختلف دینامیک و استاتیک سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترها شامل: دامنه، فرکانس و اختلاف فاز پتانسیل¬های متناوب با زمان، انرژی فرمی با قدرت جفت¬شدگی بین سیستم مرکزی و الکترودها می¬باشد. در پمپ کوانتومی اسپسنی با جایگذاری یک لایه عایق فرومغناطیس بر روی سیستم مرکزی جداشدگی اسپینی در سیستم مرکزی رخ می¬دهد.جریان پمپ شده بر حسب انرژی فرمیک در سیستم¬های یک بعدی و نانو نوارهای گرافین دارای مقادیر میکروآمپر می¬باشد که قابل اندازه¬گیری با تکنولوژی امروزه می¬باشد. رفتار جریان پمپ شده بر حسب اختلاف فاز در نانو نوارهای گرافینی دسته مبلی و زیگزاگ بیانگر تفاوت دیگری بین این دو سیستم می¬باشد.همچنین وابستگی مجذوری جریان مستقیم به دامنه پمپاژ در سیستم¬های یک بعدی، نانو نوارهای زیگزاگ و دسته مبلی مورد بررسی قرار گرفته است.همه انواع جریان¬های اسپنی و بار در سیستم¬های یک بعدی و نانو نوارهای گرافینی بر حسب فرکانس در فرکانس¬های کوچک ( رژیم آدیاباتیک) دارای رفتار خطی و در فرکانس¬های بالا ( رژیم غیر آدیاباتیک) دارای رفتار نوسانی است.

در این مطالعه لایه های نازک اکسید روی و اکسید روی آلاییده با قلع‎‎ به روش اسپری پایرولیزیز بر روی بسترهای شیشه ای‏ تهیه شده اند. خواص مختلف آماری و ریختی لایه ها مانند ممان های آماری درجه اول و دوم‏، بعد فرکتالی ‎و همچنین دینامیک رشد این سطوح با استفاده از تصاویر ‎afm‎ ‎ نمونه های تهیه شده‏، بررسی شده اند. بنابراین دنبال کردن رشد این سطوح در طول افزایش ضخامت لایه های نازک امکان پذیر گردیده و نمای‎‎‎ رشد قابل محاسبه اند که بر اساس آن می توان محدوده ی کلاس جهانی رشد این لایه ها را حدس زد. میانگین نمای زبری لایه های نازک اکسید روی ‎ 0.49 ‎ و نمای رشد لایه ها تا ضخامت حدود ‎ ‎150‎ ‎ نانومتر‏، ‎‎ ‎1.57‎ ‎ و برای ضخامت های بیشتر از ‎170‎ نانومتر‏، ‎0.76‎‎ ‎‎ بدست آمده است. با توجه به نتایج‏، دو رژیم رشد برای دینامیک رشد سطح لایه های نازک اکسید روی مشاهده می شود. نمای زبری و رشد لایه های نازک اکسید روی با ناخالصی قلع ‏، به ترتیب ‎‎ 0.58 ‎‎ و 1.74 بدست آمد. به دلیل نادیده گرفتن اثرات سایه و بازنشر در مدل های رشد‏، نمونه های مورد مطالعه در هیچ کلاس جهانی قرار نگرفت. همچنین در طول رشد‏، اندازه ی بلورک ها توسط طیف پراش پرتوx ‎ ‎‎‎تخمین زده شد. در نهایت مقدار بعد فرکتالی در طول رشد با دو روش شمارش جعبه ای‎ ‎‎و رابطه ی همبستگی‎ ‎‎محاسبه شد.