در این پایان نامه ویژگی های ساختاری، الکترونی و اپتیکی انبوهه سلنیدمس و ویژگیهای اپتیکی تعدادی از نانولایه های سلنیدمس cuse (klockmannite) در فاز آلفا در راستای (001) مورد بررسی قرار گرفته است. محاسبه ها بر مبنای نظریه تابعی چگالی با استفاده از روش امواج تخت بهبود یافته خطی بعلاوه اوربیتالهای موضعی (apw+lo) با کد محاسباتی وین انجام گرفته است. ویژگیهای ساختاری سلنیدمس با استفاده از چند رهیافت گوناگون مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهای ساختاری مانند ثابت های شبکه محاسباتی، پارامتر داخلی اتمها، مدول حجمی و مشتق آن در توافق خوبی با مقدارهای تجربی مخصوصاٌ با رهیافت pbesol-gga+so می باشد. از آنجائیکه نتیجه های رهیافت pbesol-gga+so در توافق بهتری با نتیجه های تجربی می باشند، در ادامه چگالی حالتهای الکترونی، ساختار نواری، گرادیان های میدان الکتریکی و سطوح فرمی انبوهه سلنیدمس با این رهیافت محاسبه و بررسی شده است. نتیجه ها نشان می دهد این ترکیب ویژگی رسانایی و غیرمغناطیسی دارد. بررسی چگالی حالتهای الکترونی نشان می دهد که الکترونهای اوربیتالهای d اتمهای مس و اوربیتالهای p اتمهای سلنیوم در رسانش و هیبریدشدگی نقش اصلی را بر عهده دارند. نتیجه محاسبه گرادیان میدان الکتریکی نشان می دهد اوربیتالهای d اتمهای مس و اوربیتالهای p اتمهای سلنیوم عامل اصلی ایجاد گرادیان در ات ها می باشد. انحنا نوارهایی که انرژی فرمی را قطع می کنند نشان می دهد حاملها در این ترکیب حفرهها می باشند. مطالعه سطوح فرمی در ناحیه اول بریلوین وجود رسانندگی بین صفحه ای را نشان می دهد. به منظور بررسی پایداری نانولایه های سلنید مس در راستای (001)، انرژی همدوسی و انرژی تشکیل نانولایه ها محاسبه و بررسی شده است. انرژی همدوسی نانولایه ی1-2 نشان می دهد این نانولایه پایداری بیشتری نسبت به سایر نانولایه های هم ضخامت دارد، از این رو ویژگیهای اپتیکی این نانولایه با دو ضخامت گوناگون مورد بررسی قرار گرفته است.

گرافین یکی از گونه های اتم کربن است که در سال های اخیر توجه پژوهشگران زیادی را در سراسر دنیا به خود جلب کرده است. گرافین بلوری دوبعدی به ضخامت یک اتم کربن است و در آن اتم های کربن در یک شبکه لانه زنبوری شش-گوشی به سختی با همدیگر پیوند دارند. ویژگی های چند منظوره گرافین تاکنون از رشد تصاعدی برخوردار بوده اند و باعث شده اند که این ماده به عنوان نامزدی مناسب برای محدوده وسیعی از کاربردها در علوم و فناوری نانو معرفی شود. یکی از کاربرد های جدیدی که برای این ماده ارائه شده، استفاده از آن برای ساخت حسگر های گازی بسیار حساس است. به نظر می رسد ساختار دوبعدی و ویژگی های یکتای دیگر گرافین، باعث شده تا این ماده توانایی تبدیل شدن به یک حسگر گازی بسیار حساس که قادر به شناسایی حتی یک اتم هست، را داشته باشد. با توجه به اینکه گرافین های ساخته شده در آزمایشگاه معمولاَ دارای نقص هستند، به همین دلیل لازم است علاوه برگرافین کامل، گرافین نقص دار هم برای بررسی ویژگی حسگری مورد بررسی قرار گیرد. در این پایان نامه جذب گاز زنون روی گرافین کامل و هم چنین روی گرافین نقص دار مورد بررسی قرار گرفته است. زنون یکی از عنصر های خانواده گاز های بی اثر است که در صنعت خودروسازی، ساخت لامپ های درخشنده دوربین های عکاسی، ساخت لیزر و به عنوان داروی بی هوشی کاربرد دارد. روشی که در این پایان نامه برای بررسی جذب گاز روی گرافین مورد استفاده قرار گرفته، روش شبیه سازی دینامیک مولکولی است. این روش به عنوان پلی بین روش های نظری و تجربی در نظر گرفته می شود و برای مطالعه ی ویژگی های وابسته به زمان دستگاهی از اتم های یا مولکول ها به کار می رود. مهم ترین بخش هر شبیه سازی دینامیک مولکولی انتخاب پتانسیل مناسب برای بر هم کنش بین ذره ها است. به طور کلی نتیجه ی شبیه سازی وابسته به این انتخاب است. در این پایان نامه برای برهم کنش اتم های کربن-کربن از پتانسیل نوع اول برنر و برای برهم کنش اتم های زنون-زنون و کربن-زنون از پتانسیل دو ذره ای لنارد-جونز استفاده شده است. در نهایت با انجام شبیه سازی و محاسبه ی کمیت ها، فرآیند جذب مشابهی برای دستگاه گرافین کامل و گاز و هم چنین گرافین نقص دار و گاز مشاهده شده است. با محاسبه ی پوشش روی صفحه گرافین کامل و نقص دار، مشخص شد که اتم های گاز زنون از بیشینه جایگاه های جذب روی صفحه استفاده می کنند و به همین دلیل صفحه گرافین کامل و نقص دار می توانند نامزد بسیار مناسبی برای جذب گاز زنون باشند. هم چنین با محاسبه ی مقدار انرژی بستگی برای جذب گاز روی صفحه گرافین کامل و نقص دار و مقایسه آن با محدوده انرژی بستگی تعریف شده برای جذب فیزیکی و شیمیایی، مشخص شد که فرآیند جذب در هر دو صفحه، فرآیند جذب فیزیکی است و اتم های زنون با اتم های کربن پیوند ضعیفی برقرار می کنند. گرمای جذب و ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت کمیت های دیگری هستند که در این شبیه سازی محاسبه شده اند.

در این پژوهش، ویژگی های ساختاری و الکترونی انبوهه و نانولایه ی ترکیب های نیم هویسلر thpdsb و thptsb بررسی شده اند. محاسبه ها بر پایه ی نظریه ی تابعی چگالی با استفاده از روش امواج تخت بهساخته ی خطی به علاوه ی اوربیتال های موضعی (lapw+lo) در کد محاسباتی wien2k انجام شده است. برای بررسی ویژگی های ساختاری از پتانسیل تبادلی- همبستگی lda ، pbe-gga و pbesol-gga در حضور برهمکنش اسپین- مدار و قطبش اسپینی استفاده شده است. از این محاسبه ها ثابت شبکه، مدول حجمی و مشتق مدول حجمی به دست آمده اند. ویژگی های الکترونی دو ترکیب در حالت انبوهه با رسم نوارهای انرژی و نمودارهای چگالی حالت های الکترونی با استفاده از رهیافت های lda ، pbesol-gga و ev-gga در حضور برهمکنش اسپین- مدار و هچنین رهیافت های pbe-gga و mbj-gga در حضور برهمکنش اسپین- مدار و قطبش اسپینی بررسی شده است. نتیجه ها نشان می دهد که هر دو ترکیب در حالت انبوهه رسانا هستند. محاسبه ی فرومغناطیس با رهیافت pbe-gga نشان می دهد که هر دو ترکیب برای برای هر دو جهت اسپینی، رسانا هستند و ویژگی مغناطیسی ضعیف در انبوهه ی خود دارند. سهم بیشتر چگالی حالت های الکترونی قبل از تراز فرمی ناشی از اوربیتال d اتم های pd و pt و بعد از تراز فرمی ناشی از اوربیتال f اتم th است. محاسبه ی انرژی همدوسی برای دو نانولایه ی مختلف از هر ترکیب نشان می دهد نانولایه ای که در آن اتم های th و sb در سطح قرار دارند نسبت به نانولایه ای که اتم pd یا pt در سطح قرار دارد پایدارتر است. رسم نمودار چگالی حالت های الکترونی نانولایه ی دو ترکیب، با استفاده از رهیافت pbe-gga در حضور برهمکنش اسپین- مدار و مقایسه ی آن با نمودار مربوط به انبوهه، نشان دهنده ی رسانندگی بیشتر در حالت نانولایه است. مقایسه ی نمودار چگالی حالت های الکترونی اتم های موجود در سطح با اتم های موجود در لایه ی میانی نانولایه و همچنین اندازه ی شیب میدان الکتریکی مربوط به آن ها که با استفاده از رهیافت های pbe-gga و ev-gga در حضور برهمکنش اسپین- مدار محاسبه شده اند نشان دهنده ی تقارن کمتر اتم های سطح نسبت به اتم های موجود در لایه ی میانی است. بررسی ساختار نواری دو ترکیب نشان می دهد ترکیب thpdsb در حالت انبوهه و نانولایه، نظم نواری معمولی دارد و رسانای معمولی است. در ساختار نواری ترکیب thptsb در حالت انبوهه، وارونی نوار رخ می دهد و این ترکیب در حالت انبوهه، رسانای توپولوژی است. در حالی که این ترکیب در حالت نانولایه، نظم نواری معمولی دارد. بررسی اثر فشار بر فاز توپولوژی دو ترکیب در حالت انبوهه نشان می دهد کاهش فشار موجب تغییر فاز ترکیب thpdsb از رسانای معمولی به رسانای توپولوژی و افزایش فشار موجب تغییر فاز ترکیب thptsb از رسانای توپولوژی به رسانای معمولی می شود.

هدف این رساله بررسی ویژگی های نانولوله های کربنی دارای نقص هندسی استون-والز ومقایسه آنها با نانولوله های کامل است. در این بررسی از رهیافت های کلاسیکی و کوانتومی استفاده شده و شبیه سازی ها بر اساس آنها انجام گرفته است. در بخش اول رساله، شبیه سازی کلاسیکی به روش دینامیک مولکولی برای جذب گاز زنون برروی نانولوله نقص دار انجام شده است و در آن با محاسبه کمیت های مختلفی مانند گرمای جذب، پوشش، و انرژی بستگی نشان داده شده است که نانولوله ها جاذب های بسیار خوبی برای گاز زنون هستند. در بخش دوم رساله شبیه سازی کوانتومی ab initio جهت بررسی خواص نانولوله های نقص دار و مقایسه آنها با نانو لوله های کامل انجام شده است. در این بخش ساختار نواری و چگالی حالت ها برای نانولوله های کامل و نقص دار با استفاده از کدهای quantum?espresso و محاسبه، و نشان داده شده است که نانولوله فلزی (5 ، 5) شبیه سازی شده در اثر وجود نقص استون-والز به نیمرسانا تبدیل می شود و خواص نواری والکترونی آن به شدت تغییر می کند.