بررسی اثر کرنش، اعوجاج و آلایش عناصر گوناگون روی خواص ساختاری و الکترونی گرافن

گرافن نازک ترین ماده موجود در جهان است که از یک لایه گرافیت ساخته شده و ضخامت آن در حدود یک اتم است. گرافن در سال 2004 توسط دو دانشمند از دانشگاه منچستر سنتز شد و در سال 2010 هم این دو دانشمند به خاطر تولید گرافن، جایزه نوبل فیزیک را از آن خود کردند. بنا بر نظر بسیاری از دانشمندان علوم و فناوری، گرافن به علت خواص منحصر به فرد و فراوانی آن، می تواند جایگزین خوب و مطمئنی برای نیمه رساناهایی نظیر سیلیکون در صنایع نانو الکترونیک و بسیاری از صنایع دیگر باشد. سرعت حرکت حامل های بار در گرافن بسیار بالاتر از سرعت حرکت حامل های بار در سیلیکون می باشد پس دستگاه های الکترونیکی ساخته شده از گرافن می توانند با سرعت های بیشتری نسبت به سیلیکون کار کنند. یکی از مشکلات صنعتی شدن این عنصر نیمه رسانا گاف انرژی صفر آن است، که این گاف صفر باعث نشت جریان در حالت خاموش برای قطعات ساخته شده از این عنصر می شود و کاربرد این ماده را در صنعت نانو محدود کرده است. در این پژوهش محاسبات ما بر پایه نظریه تابعی چگالی و کد محاسباتی wien2k و با استفاده از سه تابعی lda ،gga و gga-ev انجام شد. ابتدا با بهینه کردن پارامترهای محاسباتی ساخنار گرافن تخت تک لایه و ابر یاخته آن را شبیه سازی کردیم و گاف صفر انرژی آن مورد تایید قرار دادیم. به دو روش روی ساختار الکترونی گرافن اثر گذاشتیم، سپس گاف نواری صفر گرافن را تغییر دادیم. در حالت اول در طول پیوند هایc-c گرافن تغییر ایجاد و به ازای هر یک از این تغییرات در صفحات گرافن اعوجاج ایجاد کردیم. وقتی که طول پیوندها تغییر کرد گاف نواری باز، و با اعمال اعوجاج گرافن تبدیل به رسانا شد. در حالت دوم با آلایش عناصر به روش جانشانی روی صفحات تخت ابر یاخته گرافن اثر گذاشته و خواص ساختاری و الکترونی آن را مورد بررسی قرار دادیم. ابتدا عناصر فلزی گروه لانتانیدها را جانشانی کردیم، و بلور ما رسانا شد. در گام بعدی از عناصر چهار ظرفیتی ge، si و ti استفاده کردیم، که در اثر جانشانی اتم های این عناصر با اتم های ابر یاخته گرافن، بلور ما تبدیل به نیمه رساناهایی با گاف انرژی غیر صفر شدند که این برای ساخت قطعات صنعتی نانو الکترونیک می تواند مفید باشد. دو عنصر هم گروهge و si تقریبا دارای گاف انرژی کمتری نسبت به ti هستند.