محاسبه خواص فونونی، مکانیکی و گرمایی بلور و نانوسیم mnas

در این پروژه، خواص ساختاری و الکترونی بلور ?-mnas را مورد بررسی قرار دادیم. ?-mnas دارای فاز ساختاری هگزاگونال از نوع nias با نظم اسپینی فرومغناطیس است. بلور ?-mnas یک سیستم فلزی است از این رو در نمودار چگالی حالات الکترونی و همچنین ساختار نواری آن، گاف انرژی مشاهده نشد. در نمودار چگالی حالات کل بلور mnas ، به طور تقریبی شکافتگی اسپینی حدود 4ev وجود داشت و در نمودار چگالی حالت های جزیی این سیستم در کانال های اسپینی اکثریت و اقلیت، آثار هیبرید شدگی اوربیتال های p اتم as و d اتم mn در اطراف تراز فرمی مشاهده گردید. سپس محاسبات فونونی را برای بلور و نانوسیم ?-mnas انجام دادیم. محاسبات فونونی در دو بخش جداگانه محاسبات فونونی در مرکز ناحیه بریلوئن و محاسبات فونونی برای کل ناحیه بریلوئن انجام گردید. همه محاسبات بر اساس نظریه تابعی چگالی (dft) و نظریه تابعی چگالی اختلالی(dfpt) با استفاده از نرم افزار pwscf و انرژی تبادلی همبستگی gga انجام گرفته است. در محاسبات فونونی بلور ?-mnas، در هر بخش پس از به دست آوردن ماتریس دینامیکی و فرکانس های ارتعاشی، خواص فونونی مربوط به آن بخش محاسبه گردید. با محاسبه فونون های مرکز ناحیه بریلوئن (نقطه گاما) ضریب گرونیسن در نقطه گاما را محاسبه نمودیم و مشاهده کردیم که در این نقطه مدهای آکوستیکی تحت فشار مدهای نرم تری هستند یعنی در نقطه گاما ضرایب ثابت نیرو برای مدهای آکوستیکی نسبت به مدهای اپتیکی ضعیف تراست. پس از محاسبه فونون های کل ناحیه بریلوئن با استفاده از چگالی حالت های فونونی و شیب مدهای آکوستیکی در ساختار نواری فونونی، خواص مکانیکی مانند ضرایب سختی کشسانی بلور mnas و خواص گرمایی مانند ظرفیت گرمایی ویژه، آنتروپی و ضریب انبساط حجمی بلور محاسبه گردید. در مرحله آخر محاسبات فونونی را برای نانوسیم mnas که یک ساختار یک بعدی است که درجهت z تکرار و در جهت های x و y محدود شده است انجام دادیم. نانوسیم شش گوشی mnas دارای دو ساختار mn-center وas-center است. در این پروژه محاسبات فونونی را برای شعاع اول نانوسیم mn-center به عنوان فاز پایدار انجام دادیم(به علت محاسبات زمان بر فونونی، انجام محاسبات برای شعاع های بزرگ تر مقدور نبود) مشابه قبل، با محاسبه فونون های مرکز ناحیه بریلوئن، ضریب گرونیسن در نقطه گاما را برای یکی از مدهای اپتیکی و با محاسبه فونون های کل ناحیه بریلوئن، خواص گرمایی از جمله ظرفیت گرمایی ویژه نانوسیم را محاسبه کردیم. مشاهده کردیم که در دماهای نزدیک به صفر کلوین، ظرفیت گرمایی نانوسیم بیش از بلور می باشد اما به تدریج منحنی تغییرات ظرفیت گرمایی نانوسیم نسبت به بلور کاهش می یابد. در دماهای بالا (نزدیک دمای اتاق) که انتظار می رود ظرفیت گرمایی طبق قانون دولون-پتی نزدیک به r3 بر هر اتم mnas باشد ظرفیت گرمایی نانوسیم با این مقدار فاصله قابل توجهی دارد. نانوسیم mnas به دلیل اثرات سطحی، برخی از مدهای ارتعاشی خود را از دست داده و در نتیجه ظرفیت گرمایی نانوسیم نسبت به بلور کاهش یافته است.همچنین مدول یانگ بلور و نانوسیم ?-mnas را محاسبه نمودیم و دریافتیم که قطر اول نانوسیم mnas در برابر کشش و تراکم طولی، بسیار سخت تر از بلورmnas است. همچنین بلور و نانوسیم ?-mnas در حالت کششی مدول یانگ کوچکتری نسبت به حالت تراکمی دارند که نشان می دهد این ساختارها نسبت به تراکم مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند. از طرفی مدول یانگ بلور ?-mnasرا با محاسبات فونونی نیز به دست آوردیم و با مقایسه نتایج محاسبه مدول یانگ به دو روش فوق در می یابیم که مقدار مدول یانگ به روش فونونی با مدول یانگ بلور در حالت تراکمی متناسب است.