مطالعه تاثیر بی نظمی و ناخالصی در گرافن

در این پژوهش محاسبات بر پایه نظریه تابعی چگالی و کد محاسباتی wien2k و با استفاده از رهیافتهای چگالی موضعی (lda) ، شیب تعمیم یافته (gga) و انگل وسکو (gga-ev) انجام میگیرد. ابتدا با بهینه کردن پارامترهای محاسباتی ساختار گرافن تخت تک لایه و ابر یاخته آن را شبیهسازی میکنیم و سپس خواص الکترونیکی و اپتیکی آن را مورد بررسی قرار میدهیم. سپس با وارد کردن اتمهای ga ، ge ، co و pd به روش جانشانی در ابر یاخته گرافن، به مطالعه تاثیر ناخالصی در خواص الکترونی و اپتیکی گرافن میپردازیم. با جانشانی اتمهای ناخالصی گالیم و کبالت درگرافن، گرافن خاصیت فلزی پیدا میکند. اختلاف انرژی بین نوار ظرفیت و نوار رسانش در اثر ناخالصی گالیم نسبت به اتم ناخالصی کبالت کمتر است. در انرژی فرمی چگالی حالتهای الکترونی اوربیتال pz از اتم گالیم جانشانی شده در ابر یاخته گرافن و اوربیتال d از اتم کبالت جانشانی شده در ابر یاخته گرافن غیر صفر است. گرافن آلاییده شده با اتمهای ژرمانیوم و پالادیوم نیم رساناست. گاف انرژی محاسبه شده در اثر اتمهای ناخالصی ژرمانیوم و پالادیوم با استفاده از رهیافت gga به ترتیب ev 183/0 و ev243/0 میباشد. بنابراین اتمهای ژرمانیوم و پالادیوم باعث بزرگ شدن گاف انرژی در گرافن می شود. اوربیتال pz از اتم ژرمانیوم جانشانی شده در ابر یاخته گرافن و اوربیتال d از اتم پالادیوم جانشانی شده در ابر یاخته گرافن بیشترین سهم را در اطراف سطح فرمی دارند. با وارد کردن اتمهای ناخالصی در ابر یاخته گرافن، صرف نظر از نوع اتم، اوربیتال px از اتمهای کربن همسایه اتم ناخالصی در اطراف سطح فرمی بیشترین سهم را دارد. با توجه به محاسبات انجام شده، رفتار پارامترهای اپتیکی در راستاهای یکسان در گرافن آلاییده شده با اتمهای ناخالصی ژرمانیوم و پالادیوم مشابه است. از طرف دیگر رفتار پارامترهای اپتیکی گرافن آلاییده شده با اتمهای ناخالصی گالیوم و کبالت نیز مشابه است. به نظر میرسد اتمهای ناخالصی گالیوم و کبالت که تعداد الکترون های ظرفیت آنها فرد است، صرف نظر از اینکه به کدام گروه از جدول تناوبی تعلق دارند تاثیر یکسانی بر گرافن داشته اند و اتمهای ناخالصی ژرمانیوم و پالادیوم نیز که تعداد الکترونهای ظرفیت آنها زوج است نیز تاثیر یکسانی روی گرافن داشته اند. واژگان کلیدی: نظریه تابعی چگالی ، گرافن ، ناخالصی ، ساختار نواری