یکی از شاخه های مهم در علم اسپینترونیک ترابرد جریان اسپینی از یک ماده فرومغناطیس به درون نیم رسانا می باشد. امروزه از مواد فرومغناطیس مختلفی برای این منظور استفاده می شود. یکی از راه های افزایش کارایی ابزا رهای اسپینترونیکی به کارگیری فرومغناطیس هایی است که بتوانند جریانی با قطبیدگی اسپینی بالا تولید کنند و نیم فلزات فرومغناطیس با داشتن قطبش اسپینی 100 % در تراز فرمی گزینه ی مناسبی برای این منظور هستند. از آنجا که درجه قطبش اسپینی ممکن است تحت تاثیر عواملی مانند اثرات سطحی و اثرات مرزمشترک کاهش یابد، لذا مطالعه ی لایه نازک نیم فلز فرومغناطیس بر روی نیم رسانا و مرز مشترک نیم فلز فرومغناطیس با نیم رسانا و بررسی اثرات سطحی و مرز مشترک بر روی خواص مغناطیسی و الکترونی فرومغناطیس از اهمیت ویژه ای برخوردار است. ترکیب cras با داشتن خاصیت نیم فلزی در حالت انبوهه و دمای کوری بالا، ترکیبی است که می تواند منبع مناسبی برای تولید جریان اسپینی باشد. بنابراین ما تصمیم گرفتیم لایه نازک این نیم فلز را برروی نیم رساناهای gaas و inp و همچنین مرز مشترک این نیم فلز با نیم رسانای gaas وalas که به صورت تجربی ساخته شده است را مورد بررسی قرار دهیم. در فصل اول مبانی نظریه تابعی چگالی مورد مطالعه قرار گرفته است. فصل دوم به دسته بندی و خواص مواد مغناطیسی می پردازد. در فصل سوم ابتدا به مختصری از تاریخچه علم اسپینترونیک پرداخته و بعد در ادامه به بررسی خواص انبوهه cras در ساختارهای بلندروی و nias پرداخته ایم. فصل چهارم هم به مطالعه خواص لایه نازک و در فصل پنجم هم به مرز مشترک این نیم فلز با نیم رساناهای مورد نظر می پردازد.

محاسبات کوانتومی در واقع نوع متفاوتی از محاسبات می باشند که امروزه می دانیم بر اساس رفتارهای آماری یافت شده در فیزیک کوانتوم است. در واقع امروزه علم به دنبال چیزهایی براساس برخی تاثیرات کوانتومی می باشند، که آنرا اسپینترونیک می نامند. اسپینترونیک مبتنی بر اسپین یک الکترون برای انتقال اطلاعات می باشد. اگر ما بتوانیم این اثرات اسپینی را در دستگاه های جدید با انواع متفاوت کنترل کنیم قطعات کاربردی آینده می تواند تا چندین نانومتر و یا حتی کوچکتر هم برسد. برای ساختن یک ابزار اسپینترونیکی نیاز اولیه این است که یک سیستم کارایی تولید جریان هایی از الکترون های قطبیده اسپینی را داشته باشد و سیستمی حساس به قطبش اسپینی الکترون ها را بوجود آورد. نیمه فلزهای فرومغناطیس با دمای بالای کوری ایده های خوبی برای کاربردهای اسپینترونیک هستند و جستجوی چنین مواردی و طراحی آنها در سال های اخیر فراوان شده است. در این بین نیمه فلزهای فرومغناطیس با ترکیبات کروم یا به کارگیری کروم در آنها در ساختارهای سولفیدروی توجه ویژه ای را به خود اختصاص داده است، نه تنها به دلیل احتمال پلاریزه شدن تمام اسپین ها بلکه به دلیل دمای کوری بالای آن ها. در این پژوهش سعی شده خواص ماده crse که کاربرد فراوان در صنعت اسپینترونیک دارد مورد بررسی قرار گیرد تا شاید نتایج تئوری بدست آمده در این پژوهش گوشه ای از اطلاعات مورد نیاز پژوهشگران تئوری و تجربی را تامین نماید. در ابتدا، فصل اول، به معرفی مواد از دیدگاه هدایت الکتریکی نموده و با معرفی ترازهای انرژی به چگونگی شناسایی خواص مواد و ترابرد الکترون ها در آنها، با توجه به ترازهای آن، پرداخته ایم. سپس در فصل دوم آشنایی بیشتری با اسپینترونیک خواهیم داشت. در فصل سوم به پیشینه تاریخی دسته ای از فرومغناطیس ها به نام نیکتیدها و کلگوژنیدها خواهیم پرداخت و دلایل انتخاب ماده مورد بررسی را که جزء کلگوژنیدها می باشد مطرح نموده ایم. فصول پنجم و ششم اختصاص به بررسی خواص الاستیکی، الکتریکی و مغناطیسی، در ابتدا در مورد انبوهه crse و سپس در مورد لایه نازک crse دارد. نتایجی که در این فصول مورد بررسی قرار گرفته است با استفاده از نرم افزار wien2k که از تئوری تابعی چگالی بهره می گیرد با تقریب gga مورد بحث قرار می گیرد.

خواص ساختاری گرافن تک لایه توسط کد محاسباتی wien2k بر پایه نظریه تابعی چگالی را مــورد بررسی قرار دادیم .با رسم منحنــی انرژی بر حسب حجم و برازش معادله مورناگان مقادیر پارامتر های تعادلی شبکه از جمله ثابت شبکه،طـــول پیوند و مدول حجمی بدست آمدند که در توافــق خوبی با مقادیر تجربــی می باشد.سپس به بررسی ساخـتار الکترونی گرافن تک لایه در حالت خالص بدون حضور اتم آهن پرداختیم و با رسم منحنی ساختار نواری دریافتـــیم که گرافـن یک نیمرسانای غیر مغناطـیسی با گاف انرژی صفر است و طیف آن خیلی شبیه به طیف دیـراک برای فرمیون های بدون جرم است.سپــس با اثر جذب اتـــم آهن در گرافـن دریافتیم که گرافـــن به یک فلز تبدیل می شود .و میتوان از آن در کاربردهای الکترونیکی نظیر دیود ها استفاده کرد. سپس در ادامه برای بررسی بیشتر بر روی خواص فلزی یا شبه فلزی به بحث و بررسی منــحنی چگالی حالات الکترونی گرافن پرداختیم و آخرای کارمان به بررسی خواص اپتیکی گرافن پرداختیــم نظیر تابع دی الکتریک ،تابع اتلاف انرژی الکترون،هدایت اپتیکی.

در این پروژه با استفاده از محاسبات اصول اولیه در قالب نظریه تابعی چگالی به بررسی خواص الکترونی و مغناطیسی نانولوله های کربنی زیگزاگ(0و10) و آرمچیر(10و10) در حالت خالص و در حضور ناخالصی اتمی نیتروژن پرداخته شده است. از روش امواج تخت بهبود یافته خطی همراه با پتانسیل کامل (fp+lapw) برای بسط امواج الکترونی و همین تقریب شیب تعمیم یافته (gga) برای بسط پتانسیل تبادلی همبستگی استفاده شده است. هدف اصلی بررسی تغییرات خواص الکترونی و مغناطیسی نانولوله های مذکور با آلایش اتم نیتروژن است. کمیت های الکترونی و مغناطیسی از قبیل چگالی حالت الکترونی و چگالی ابر الکترونی و ساختار نواری و تکانه مغناطیسی اتم ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده که نانولوله های زیگزاگ(0و10) و آرمچیر(10و10) به ترتیب دارای خاصیت نیمرسانایی و فلزی هستند که با نتایج و مطالعات قبلی در توافق کامل است. اما هنگامی که اتم نیتروژن به داخل این نانولوله ها وارد شود سیستم دارای یک خاصیت مغناطیسی محسوس می گردد که این به دلیل حضور اتم ناخالص نیتروژن می باشد.

نانو ذرات مس فاقد خاصیت کاتالیستی و نانو ذرات کبالت دارای خاصیت کاتالیستی خوبی می‏باشند. رشد نانو لوله‏های کربنی با استفاده از خاصیت کاتالیستی کبالت قبلا گزارش شده است. با استفاده از روش جدید لایه‏نشانی همزمان نشست بخار شیمیایی و کندوپاش، کندوپاش، نانو ذرات دو لایه‏ای مس-کبالت را در بستر کربنی ساختیم. روش کار به این صورت بود که ابتدا از هدف مسی(خلوص99/99%)، نانو ذرات مس، با استفاده از گاز آرگون (خلوص 99%) بر روی زیر لایه‏‏‏‏‏‏های شیشه و سیلیکن با استفاده از دستگاه لایه نشانی مغناطیسی، لایه نشانی کردیم سپس کبالت را در زمانهای 7 و 10 دقیقه بر روی نانو ذرات مس لایه نشانی کردیم. با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (afm)، به بررسی توپوگرافی نمونه ها پرداختیم. از نمونه های ساخته شده در شرایط مختلف، جهت بررسی خاصیت کاتالیستی برای رشد نانو لوله‏های کربنی از مخلوط گازاستیلن به عنوان منبع کربنی و گاز نیتروژن به عنوان گاز حامل استفاده شد. با استفاده از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی(sem) بهبود خاصیت کاتالیستی نانو ذرات کبالت با استفاده از بستر مس را مشاهده کردیم که افزودن نانو ذرات مس به عنوان خاصیت غیر کاتالیست به نانو ذرات کبالت در افزایش چگالی و رشد نانو لوله های کربنی موثر بوده است.