در بخش اول از این پروژه به مطالعه و بررسی خواص ساختاری، الکترونی و مغناطیسی ترکیب y2fe14b پرداختیم. این ترکیب جزو دسته جدید از مواد مغناطیسی است که شامل عناصر خاکی کمیاب، آهن و بور (r2fe14b) می باشد. مهمترین ویژه گی این مواد مغناطیسی جدید، ناهمسانگردی قوی آن ها می باشد. این مواد مغناطیسی در خودروهای هیبریدی و الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند و علاوه بر ذخیره انرژی باعث کاهش تولید دی اکسیدکربن وآلودگی هوا می شوند. y2fe14b بدون الکترون f و برای بررسی الکترون های نسبتا سرگردان d (در مقایسه با الکترون های f ) در مواد مغناطیسی مناسب می باشد و انتظار می رود که نسبت به تغییر ثابت های شبکه حساسیت بیشتری داشته باشد. ما به محاسبه انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی به دو روش مختلف پرداختیم. در روش اول از محاسبات نسبیتی در حضور برهم کنش اسپین- مدار استفاده کردیم و انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی را تعیین کردیم. در روش دوم بر هم کنش اسپین- مدار به صورت اختلالی در هامیلتونی غیرنسبیتی در نظر گرفته شد و با بکارگیری نظریه اختلال مرتبه دوم، انرژی ناهمسانگردی در زمان بسیار کمتر (نسبت به روش اول) با دقت قابل قبولی محاسبه شد. در بخش دوم پژوهش، در ابتدا پایدارترین ساختارهای نانوخوشه هشت تایی نقره را به دست آوردیم و برای درک عمیقتر از پایداری نسبی ساختارها، خواص ساختاری، الکترونی، توپولوژیکی و اپتیکی نانوخوشه نقره بررسی شدند. همچنین از تصحیح بس ذره ای gw برای توصیف دقیق اربیتال های ملکولی homo و lumo استفاده کردیم. در ادامه، جذب ملکول های سمی co، no و hcn بر روی نانوخوشه هشت تایی نقره مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به انرژی جذب به دست آمده برای مجموعه ملکول-نانوخوشه نقره، جذب این ملکول ها در محدوده ی جذب فیزیکی قرار می گیرند. ما با بکارگیری نظریه بدر به محاسبه انتقال بار مجموعه ملکول-نانوخوشه نقره پرداختیم که محاسبات انتقال بار الکترونی از نانوخوشه نقره به سمت ملکول های co و no را نشان می دهد، در حالی که انتقال باری در مورد ملکول hcn مشاهده نشده است. همچنین جایگاه های جذب ملکول ها بر روی نانوخوشه نقره بر روی اتم هایی که دارای توزیعی از حالت های homo و lumo باشند، رخ می دهد. همچنین طیف جذب اپتیکی مجموعه ملکول ها- نانوخوشه نقره و نانوخوشه خالص نقره را محاسبه کردیم. نتایج به دست آمده نشان می دهند که نانوخوشه نقره می تواند به عنوان کاتالیزور و حسگر اپتیکی ملکول سمی no به کار گرفته شود.

به دست آوردن ساختار پایدار مواد اولین و ضرورترین مرحله برای بدست آوردن خواص آن ماده است. بنابراین جستجوی ساختاری یک بخش بسیار مهم از علم محاسباتی مواد است و برای شناخت ساختار پایدار مواد جدید[phys. rev. lett., vol. 109, 245503,2012]، یافتن فازها و ترکیب¬های جدید مواد موجود [science, vol. 342, 1502–5,2013] و شناخت دیگر فازهای پایدار مواد، تحت فشار بالا [phys. chem. chem. phys., vol. 15, 7696–700, 2013] مورد استفاده قرار می¬گیرد. در این رساله هدف یافتن ساختاهای پایدار و ناشناخته نانوخوشه¬های تنگستن اکساید است، و ما در این پایان نامه نانوخوشه¬های تنگستن اکساید را معرفی کرده و کاربرد های مختلف آن را بررسی می¬کنیم، همچنین راجع به روش بدست آوردن ساختارهای پایدار این نانوخوشه بحث کرده و روش الگوریتم ژنتیک و برنامه uspex را که به وسیله آن¬ها ساختارهای پایدار این خوشه¬ها را بدست آوردیم، معرفی می¬کنیم. همچنین در این رساله راجع به بسته محاسباتی fhi-aims که با بکار بردن معادله¬ی کوهن شم نظریه تابعی چگالی، برای واهلش ساختارها مورد استفاده قرار گرفته است و نحوه مرتبط کردن این بسته محاسباتی با برنامه uspex برای یافتن ساختارهای پایدار مواد توضیحاتی داده خواهد شد. در آخر ساختارهای پایدار بدست آمده برای هریک از خوشه¬های تنگستن اکساید مورد بررسی قرار می¬گیرد و راجع به پایداری آن¬ها، با توجه به ملاک¬های انرژی نسبی، پایداری نسبی، انرژی تشکیل و گاف homo-lumo، بحث خواهد شد.

پیشرفت های اخیر درزمینه تولید پالس های لیزر کوتاه، امکان مشاهده و کنترل دینامیک فرآیندهای فوق سریع اتمی و الکترونی را فراهم کرده است. از جمله این فرایندها تولید فوتوالکترون توسط پالس های لیزر است که مورد توجه قرار گرفته است. هدف ما در این تحقیق، به کارگیری محاسبات مبتنی بر نظریه تابعی چگالی وابسته به زمان برای بررسی اثر پالس های لیزر کوتاه بر مولکول نیتروژن و محاسبه طیف فوتوالکترون ناشی از آن می باشد. پالس های لیزر با انرژی های مختلف را به این مولکول تابانده و طیف فوتوالکترون ساطع شده را در زمان های مختلف محاسبه و بررسی می کنیم.

خواص ساختاری، مغناطیسی و الکترونی انبوهه mnse را به دو روش شبه پتانسیل و پتانسیل کامل با استفاده از دو نرم افزار pwscf و wien2k مورد بررسی قرار دادیم. mnse دارای سه فاز ساختاری nacl ، بلندروی و هگزاگونال از نوع nias است. محاسباتمان را در دوحالت فرومغناطیس و پادفرومغناطیس انجام دادیم. مشاهدات تجربی فاز nacl با نظم پادفرومغناطیسی نوعii ؛یعنی nacl(111) را به عنوان فاز پایدار معرفی کرده است در حالی که محاسبات ما با استفاده از نرم افزار pwscf و انرژی تبادلی همبستگی gga فاز هگزاگونال را پایدار بدست آورد. محاسبات دیگری با استفاده از نرم افزار wien2k و انرژی تبادلی همبستگی های مختلف gga ، lsda و lda+u انجام دادیم. نهایتاً بهترین نتیجه را با استفاده از روش lda+u بدست آوردیم. با استفاده از فاز پایدار nacl(111) بدست آمد. همچنین محاسبه گاف انرژی با استفاده از روشهایی غیر از روش lda+u منجر به مقادیری کمتر از مقدار تجربی(2ev ) می شود در حالی که روش lda+u گاف انرژی را در حدود 2ev محاسبه می کند و این نشان می دهد روش lda+u روش مناسبی برای محاسبه پایداری و خواص الکترونی انبوهه mnse می باشد. همچنین با استفاده از نرم افزار pwscf و انرژی تبادلی همبستگی pbe-gga به بررسی خواص ساختاری نانوسیمmnse(001) با مقطع مربعی پرداختیم. در این راستا محاسبات را برای چهار قطر اول نانوسیم انجام دادیم وانرژی همدوسی سیستم را برای چهار قطر اول محاسبه کردیم. این محاسبات نشان داد در تمام قطرها فاز پادفرومغناطیس پایدار است. همچنین مدول یانگ نانوسیم ها را در دو قطر اول مورد بررسی قرار دادیم . نتایج نشان داد که دو قطراول در برابر کشش بسیار سخت تراز انبوهه هستند. همچنین از دو مدل پدیده شناختی ماکروسکوپیک (محاسبه انرژی لبه و سطح) و میکروسکوپیک (محاسبه انرژی پیوندهای آویزان) برای بررسی انرژی همدوسی استفاده کردیم. ملاحظه شد دو مدل در توصیف خواص نانوسیم mnse با هم همخوانی دارند. همچنین با استفاده از مدل میکروسکوپیک انرژی همدوسی قطر پنجم وششم نانوسیم را برون یابی کردیم.