چکیده هدف از این پروژه محاسبه نوارهای انرژی ، بررسی ضرایب الاستیک و طیف فونون فاز ? و ? تیتانیوم می باشد.این پایان نامه در چهار فصل تدوین شده است که به شرح ذیل می باشد: فصل اول به صورت مقدمه برای معرفی فلز تیتانیوم ارائه می گردد که در این فصل به تاریخچه، ویژگی ها، کاربردها، گذار فاز و همچنین به معرفی ساختارهای پایدار و نیمه پایدار فلز تیتانیوم پرداخته ایم. فصل دوم با استفاده از نظریه تابعی چگالی سیستم بس ذره ای را مورد بررسی قرار داده ایم.سپس اتم های بلور را به عنوان یک دستگاه بس ذره ای در نظر گرفته و معادله شرودینگر برای کل بلور را مورد مطالعه قرار دادیم. به خاطر وجود جملات برهمکنشی، همیلتونین این دستگاه پیچیده است در نتیجه تنها راه موجود استفاده از روش های تقریبی مختلفی است که برای دستگاه های بس ذره ای در فیزیک ماده چگال ارائه شده است. در این تحقیق به دلیل استفاده از روش های flapw و شبه پتانسیل به توضیح کامل این دو روش پرداخته ایم. فصل سوم پاسخ های سیستم به اختلالات خارجی محاسبه شده از طریق نظریه تابعی چگالی، یک پتانسیل اضافی به سیستم وارد می کند که در قالب نظریه تابعی اختلالی چگالی مطرح می شود. در اینجا به منظور بررسی محاسبات دینامیکی شبکه و پاسخ های فونونی سیستم به ارتعاشات وارد بر آن، این نظریه را معرفی می کنیم. در نهایت در فصل چهارم با استفاده از دو کد محاسباتی wien2k و pwscf به محاسبه نوارهای انرژی، چگالی حالات، بهینه سازی انرژی حالت پایه بر حسب حجم با روش بیرچ مورنگان و محاسبه تعداد الکترون ها برای فاز ? پرداختیم و سپس اثر فشار روی مدول حجمی دو فاز ? و ? با استفاده از روش flapw و معادله حالت درجه سه بیرچ مورنگان بررسی کردیم. همچنین تغییرات حجم بر حسب تنش وارد بر سیستم در حالت پایه با روش شبه پتانسیل فوق نرم وندربیلت محاسبه شد. در آخر منحنی های پاشندگی، فرکانس های فونونی و ضرایب الاستیک مربوط به این دو ساختار را بدست آوردیم.

این تحقیق با وارد کردن لانتاتیدهایی چون هلمیوم (3+ho) ایتربیوم (3+yb) نئودیمیوم (3+nd) به صورت تکی یا چندتایی، به یک میزبان شیشه فسفاتی، نمونه های مختلف شیشه – سرامیک تحت عملیات حرارتی ساخته شده است. بعد از طیف نگاری های xrd و طیفهای عبور و جذب و فلورسانس گسیلی، ورود لانتانیدها به فاز نانوکریستالی cacl2 بررسی شده است. به واسطه خصوصیات ذاتی لانتانیدها در توانایی جذب و گسیل نور و شکافت تراز های انرژی توسط میدان کریستالی، کاهش واهلشهای چندفونونی و نیز امتیازات ابعاد نانو در فاز کریستالی، شرایط برای جذب فوتونهای کم انرژی و تبدیل آنها به فوتونهای پرانرژی (تبدیل up conversion) فراهم شده است. طیف های xrd ، جذب، عبور ، گسیل فلورسانس لامپ زنون، گسیل های up conversion و down conversion مورد مطالعه قرار گرفتند. طیف های xrd به خوبی اثرات دما و زمان را بر بهبود رشد نانوکریستالها نشان دادند. همچنین طیف جذب به واسطه اثر co-doping بهبود یافته و پیکهای جذبی سطح مقطع مناسبی داشتند. گسیل های up conversion نیز از نظر نوع مکانیزم و گذارهای جذبی و گسیلی مورد مطالعه قرار گرفته اند.

در این پایان نامه شیشه ها و شیشه سرامیک های اکسی هالیدی (دارای فونون کم انرژی) آلاییده به یون های لانتانیدی ho3+،nd3+وyb3+ ساخته شده و خواص نوری آن ها بررسی شده است . برای ایجاد نمونه ها ترکیبات متفاوتی به کار گرفته شده است. برای تولید مذاب از کوره ی الکتریکی استفاده شده است و تمامی مراحل در اتمسفر هوا انجام شده است . شیشه ها در نتیجه ی بازپخت به شیشه سرامیک تبدیل شده و برخی از خواص آن ها بررسی شده است. تصاویر sem و برخی از طیف های xrd نشان دهنده ی ایجاد بلورها و نانوبلورها درون میزبان شیشه ای می باشند. طیف های جذب وگسیل فلورسانس وجود لانتانیدها و تاثیر آن ها را در خواص نوری بلورها و نانوبلورها تایید می کنند. شیشه سرامیک های دارای فونون های کم انرژی تر خواص نوری مطلوب تری را از خود نشان داده اند.

در این تحقیق ابتدا به ساخت شیشه سرامیک های حاوی یون های فعالی چون ho وnd و چگونگی تغییر ابعاد نانو بلور ها در آنها پرداختیم. با توجه به م. شفیع نیا]30[ دمای بازپخت برای نمونه حاوی نئودیوم را در ابتدا c°420 قرار دادیم که ابعاد نانو بلورها با توجه به آزمایش sem 40 نانومتر به دست آمد . با افزایش دمای بازپخت به c°460 وc°470 ابعاد نانو بلورها به ترتیب به nm150 وnm 200 افزایش یافت. همچنین با افزایش زمان بازپخت از 4 ساعت در دمای c°420 به 24 ساعت در همین دما ابعاد نانو بلورها به nm70 افزایش یافت. این مراحل را برای نمونه حاوی ho نیز انجام دادیم . دمای بازپخت برای این نمونه را c°410 به مدت 4 ساعت و c°420 به مدت 6 ساعت قرار دادیم که ابعاد نانو بلورها به ترتیب nm 40 وnm 400 به دست آمد،، که نشان می دهد افزایش ابعاد نانو بلورها به افزایش دما و زمان بازپخت وابسته است. بعد از ساخت شیشه سرامیک های مختلف به بررسی تاثیر ابعاد نانو کریستال ها بر خواص نوری آنها پرداختیم. برای شیشه سرامیک های حاوی nd با افزایش ابعاد تا nm 70 افزایش شدت لومینسانس را مشاهده کردیم اما برای نانو بلورهایی با ابعاد nm 150 وnm 200 افزایش ابعاد باعث کاهش شدید شدت لومینسانس شد. به صورت کاملا" مشابه برای شیشه سرامیک های حاوی ho با افزایش ابعاد از nm 40 به nm400 با کاهش شدت لومینسانس مواجه شدیم. نتایج به دست آمده از این تحقیق با نتایج مقالات ]21[ و ]24[ مطابقت دارد. با توجه به مطالب اخیر میتوان گفت بهینه ابعاد نانو بلورها جهت حداکثر شدت لومینسانس برای شیشه سرامیک های آلاییده به یون های nd تقریبا" nm70 و برای شیشه سرامیک های آلاییده به یون های ho تقریبا" nm 40 می باشد.

بررسی خواص اپتیکی مواد از دیر باز مرد توجه دانشمندان بوده است. این ره یافت اطلاعات دقیقی را در مورد ساختار نواری و خواص الکتریکی آنها در اختیار ما قرار می دهد. در این میان خواص اپتیکی فلزات از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. در میان تئوری های مختلف تئوری تابع چگالی توصیفی بهتر و دقیق تر از ویژگی های سیستم در اختیار ما قرار می دهد تا جای که انحراف از مقادیر تجربی را به کمتر از چند درصد کاهش می دهد. در این پایان نامه در ابتدا به بررسی خواص اپتیکی فازهای ? ،? و?تیتانیوم خواهیم پرداخت و نتایج را با نتایج تجربی مقایسه خواهیم کرد. پس از آن به بررسی خواص اپتیکی نانو سیم های فوق نازک تیتانیوم با استفاده از نظریه تئوری تابع چگالی می پردازیم و اثر محدودیت کوانتومی را بررسی می کنیم.در انتها نیز به بررسی خواص الکتریکی ، اپتیکی و مغناطیسی نانو سیم های تیتانیوم خواهیم پرداخت .نانو لوله های فلزی به دلیل کاربردهای گسترده آنها در سنسوره ، کاتالیست ها ، رزوناتورهای نانو مکانیکی ، میکروسکوپ های میدان- نزدیک و وسایل اپتیکی بخش مهمی از نانو ساختار ها را تشکیل می دهند.از نانو سیم های فلزی در نوک سوزنی میکروسکوپ های گسیل میدانی (fe) استفاده می شود. دلیل این کاربرد رسانندگی بالای الکتریکی این نانو لوله های است. به صورت تجربی نوک های fe از جنس مس، تنگستن، طلا و نقره ساخته شده است. نانو سیم های تیتانیوم نیز در این میان خواص متمایز و برجسته ایی را می تواند از خود نشان دهد که لزوم بررسی این نانو سیم ها را نشان می دهد. از نظر تجربی نانو سیم ها ی تیتانیوم را می توان بر روی آکسید آلومینیوم رشد داد. این کار با استفاده پرتویی از یون های ga+ و میکروسکوپ های نیروی اتمی (afm) انجام می شود. تمامی محاسبات در چهار چوب تئوری تابع چگالی با استفاده از پتانسیل کامل موج تخت خطی تعمیم یافته و اربیتال محلی (flapw+lo)در نرم افزار wien2k انجام شده است. اثرات تبادلی وهمبستگی با استفاده از تقریب گرادیان تعمیم یافته (gga) انجام شده است و در چهار چوب (pbe)انجام شده است. این روش یکی از دقیق ترین روش های شبیه سازی و محاسبه خواص فیزیکی مواد است. برای بهینه سازی ساختار نانو سیم های از نرم فزار quantum sperso استفاده شده است.

شیشه های شکل گرفته توسط ترکیب مواد عناصر لانتانیدی را در ابعاد اتمی در خود حل می نماید. هنگامیکه نانو بلورها شکل می گیرند با یک بازپخت مناسب می توان بر روی نانوکریستالهای شکل گرفته عناصر لانتانیدی را در ابعاد نانو در هم جمع نمود و نانو کلاسترهای لانتانیدی را شکل داد. مسائلی که در اینجا به آن پرداخته می شود به شرح زیر است: o تعیین دمای لازم برای شکل گیری نانو کریستالها با استفاده از dta o تعیین دمای مناسب جهت تجمع عناصر لانتانیدی o تعیین دمای بازپخت جهت بهینه نمودن ابعاد نانوکلاسترهای لانتانیدی o آنالیز جوابها توسط روش tem و sem لانتانیدها فلزهایی براق هستند و واکنش پذیری شیمیایی قابل توجهی دارند. خواص شیمیایی این دسته از عناصر مشابه خواص لانتان با عدد اتمی 57 می باشد. کلیه این عناصر قادر به تشکیل املاح سه ظرفیتی می-باشند و زمانیکه این املاح در آب حل می شوند، خواص شیمیایی بسیار مشابه از خود نشان می دهند. لانتانیدها، نظر به وضعیت جدول تناوبی، بدین صورت هستند که همچنانکه عدد اتمی آنها افزوده می شود، بار افزوده شده روی هسته آنها بوسیله پر شدن لایه های ناقص داخلی آنها با الکترونها، موازنه می شود. ولی به هر حال باید توجه داشت که این لایه ها نقشی در نیروهای والانس ما بین اتمها ایفا نمی نمایند. لانتانیدها به علت برخوردار بودن از خواص اختصاصی دارای پتانسیل باارزشی در زمینه استفاده بعنوان عوامل آلیاژی می باشند. لومینسانس، تابش فوتون های فرابنفش، مرئی یا فروسرخ از یک نمونه ی تحریک شده توسط الکترون ها است. اصطلاح لومینسانس از واژه ی لاتینی «لومن» به معنای «نور» گرفته شده است. لومینسانس نخستین بار در سال ???? توسط فیزیکدانی به نام ایلهارت ویدمان برای توصیف تمام پدیده های نور که صرفاً به سبب افزایش دما به وجود نیامده اند، معرفی شد. لومینانس شامل تابشی است که از انتقال گونه های برانگیخته به سطح پایه ایجاد می شود و برخلاف پدیده التهاب تابش از اجسام گرم می باشد شیشه ماده ای است که به دلیل آرایش اتمی_ ملکولی خاص خود حالت جامد دارد ولی بر خلاف دیگر جامدها بلوری نیست. این حالت هنگامی رخ می دهد که ماده مذاب قبل از رسیدن به نقطه انتقال به شیشه به سرعت سرد می شود. با وجود اینکه شیشه کاربردی عمومی یافته است، محققین بر روی یک تعریف رضایت بخش برای آن توافق ندارند. متداولترین تعریف به این صورت است که شیشه یک محصول معدنی مذاب است که بر اثر سرد شدن، بدون آنکه بلوری شود، به حالت جامد در می آید. اما این توصیف چندان رضایت بخش نیست چرا که شیشه-های آلی را در بر نمی گیرد. در ضمن شیشه ها با روش های مختلفی مانند تبخیر محلول و ته نشینی بخار، ساخته می شوند. با این حال تعریف فوق در اکثر موارد صادق است. یکی از اشکالات تعریف بالا این است که همانگونه که در سالهای اخیر ثابت شده است، شیشه را می توان از طرق بسیار متنوع دیگری به جز سرد کردن از حالت مذاب تهیه کرد. مثلاً روشهای سرد کردن از حالت بخار(pvd)، رسوب دادن شیمیایی از فاز بخار(cvd)، روش هیدرولیز شعله ای، بمباران نوترونی، سل- ژل و غیره. مسئله دیگر این است که بسیاری از مواد شیشه ای شناخته شده دارای منشاء آلی هستند. تنوع مواد شیشه ساز و روشهای ساخت شیشه از یک سو و الزام منطقی برای تعریف موادی با ساختار و خواص یکسان، صرفنظر از روش ساخت آنها با یک نام واحد در سالهای اخیر این تمایل را به وجود آورده است که تعریف بسیار عام و وسیع زیر برای شیشه بکار گرفته شود: "شیشه یک جامد آمرف است".

در این تحقیق نمونه های پودری منگنز فریت با مقدار های مختلف با استفاده از روش شیمیایی هم رسوبی تهیه شده اند. از عوامل بازی مختلف نظیر سدیم هیدروکسید و آمونیاک به منظورکاهش میزان اسیدی محیط اولیه واکنش استفاده شده است. نتایج حاصل از آنالیزهای پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ های الکترونی عبوری و روبشی نشان می دهند که حضور یون هیدروکسید در ساختار شیمیایی نمونه ها در نظم ساختار بلوری و اندازه ذرات تاثیر بسزایی دارد به طوریکه هر چه غلطت یون هیدروکسید بیشتر باشد رشد بلورها و اندازه نانو ذرات نیز افزایش می یابد، در حالیکه استفاده از آمونیاک برای سنتز نمونه باعث بروز ساختاری بی نظم و ذرات ریزتر می شود. خواص مغناطیسی نمونه های سنتز شده توسط مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی بررسی شدند. نتایج نشان می دهند که نمونه های شامل یون هیدروکسید در دماهای پایین فری مغناطیس می باشند و نمونه ای که دارای بیشترین غلظت یون هیدروکسید می باشد در دماهای بالا رفتاری شبیه به ابر پارا مغناطیس نشان می دهد. همچنین استفاده از آمونیاک باعث می شود که نمونه سنتز شده رفتار پارا مغناطیسی از خود نشان دهد.

تغییر مقاومت مغناطیسی و پراکنده شدن ذرات در اثر حضور میدان مغناطیسی خارجی پایه ساخت بسیاری از سنسورهای مغناطیسی است. مقاومت مغناطیسی کل z در یک رسانای فرومغناطیسی، شامل قسمت حقیقیr و موهومیl است. با اعمال میدان مغناطیسی خارجی بر یک رسانای فرومغناطیسی که جریان متناوب الکتریکی (ac) از آن عبور میکند، به وجود آمدن میدان مغناطیسی عرضی و یا زاویه ای موجب تغییر در مقاومت حقیقی و موهومی آن و در نتیجه مقاومت کل میگردد. پدیده gmr شامل بررسی میزان تغییر مقاومت حقیقی رسانا و پدیده gmi میزان تغییر امپدانس و مقاومت کل رسانا را در بر میگیرد. در بررسی پدیده fmr موج الکترومغناطیسی به سطح ماده رسانای فرومغناطیس برخورد داده میشود و در اثر پدیده جذب در فرکانس رزونانسی ماده، پیک های نمودار اسپکتروسکوپی آن رخ میدهند. مطالعات و تحقیقات نشان داده اند که پدیده gmr و gmi در محدوده فرکانسی پایین و پدیده fmr و gmi در محدوده فرکانسی بالا کاملا هم ارزند. در این رساله، معادلات حاکم و مدلهای توضیح دهنده این پدیده ها تشریح و سپس مقادیر تئوریک امپدانس و عمق نفوذ برای نمونه محاسبه و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گشته اند و به شباهتهای کیفی و تفاوتهای عددی پرداخته شده است.

در این پژوهش نانوذرات اکسیدروی آلاییده با منگنز با غلظت 5/2 % و تحت شرایط مختلف با استفاده از روش هم رسوبی تهیه شده اند. از دستگاه هایی هم چون اولتراسونیک و مایکروفر به منظور بررسی تاثیر میزان تابش امواج مایکروویو و تغییر شرایط اختلاط در میانگین اندازه و هم چنین طیف فوتولومینسانس نانوذرات استفاده شده است. نتایج حاصل از آنالیزهای طیف سنجی مادون قرمز، پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می دهند که میزان تابش مایکروویو و تغییر شرایط اختلاط در ساختار شیمیایی، شدت قله های پراش و اندازه نانوذرات تاثیر بسزایی دارد. با افزایش تعداد دفعات تابش مایکروویو علاوه بر جابجایی همه قله ها به سمت طول موج های بزرگتر در طیف مادون قرمز برخی پیک های موجود در نمونه ها قوی تر شده اند. هم چنین شدت قله های پراش به طور جزئی کاهش یافته است. با تغییر شرایط اختلاط قله های موجود در نمونه تهیه شده به کمک دستگاه اولتراسونیک نسبت به قله های مشابه در نمونه تهیه شده به کمک همزن مغناطیسی به طول موج های بزرگتری در طیف مادون قرمز انتقال یافته و هم چنین شدت قله های پراش این نمونه بیش تر و میانگین اندازه نانوذرات نسبت به تهیه شده به کمک همزن مغناطیسی کوچک تر شده است. تمامی نانوذرات سنتز شده کروی شکل هستند. در بررسی طیف فوتولومینسانس نمونه های سنتز شده چندین قله مشاهده می شود. نمونه های تهیه شده پیک گسیل فرابنفش را در لبه باند و پیک های گسیل آبی را به ترتیب در 435 و 460 نانومتر و نزدیک به گسیل سبز را در 512 نانومتر نشان می دهند. با افزایش تعداد دفعات تابش مایکروویو شدت پیک ها بخصوص نشر آبی کاهش یافته است. همچنین تغییر شرایط اختلاط تاثیری در مکان و شدت پیک ها در طیف فوتولومینسانس نانوذرات اکسیدروی آلاییده با منگنز ندارد

در این رساله پس از مقدمه ای مربوط به مواد مغنا طیسی به بررسی مدل آیزینگ توسط روش مونت کارلو پرداخته شده است. روابطی مانند پذیرفتاری مغناطیسی و ظرفیت گرمایی مورد بررسی قرار می گیرد و نمودار مغناطش بر حسب دما و میدان و همچنین حلقه پسماند را محاسبه میکنیم. در ادامه به خاصیت سوپر پارامغناطیس در مواد dms(diluet magnetic semiconductors) میپردازیم که با روش تجربی و بدست آوردن نمودار های ذکر شده نشان می دهیم هنگامی که یون های مغناطیسی در ماده نیمه رسانا جایگزیده می شوند وجود این نانو ذرات در بافت نیمه رسانا با ابعاد بسیار ریز از خود خواص سوپر پارامغناطیس نشان میدهند و ذراتی که حجم بزرگتر دارند در حالت بلوکه باقی می مانند و به این نتیجه می رسیم که گذار میان حالت بلوکه و سوپر پارامغناطیس تابعی از دماست که به این دما دمای بلوکه گویند.

در این پایان نامه خواص ساختاری ، الکترونی و اپتیکی ترکیب hgte در فاز زینک بلند مورد محاسبه قرار گرفته است.محاسبات با استفاده از روش امواج تخت بهبود یافته ی خطی با پتانسیل کامل (fp-lapw) در چارچوب نظریه ی تابع چگالی و به کمک برنامه ی wien2k انجام شده است.کلیه محاسبات در چارچوب تقریب شیب تعمیم یافته (gga) انجام گرفته است.پارامترهای ساختاری ترکیب hgte شامل بهینه سازی ثابت شبکه ، حجم بهینه ، مدول حجمی و مشتق آن و تراکم پذیری بهینه برای فاز زینک بلند محاسبه شده است. بررسی خواص الکترونی حالت شبه فلزی را برای ساختار بالک و خاصیت نیمرسانایی را برای ساختار لایه نازک تایید می کند. بررسی خواص الکترونی شامل ساختار نواری و چگالی حالت های کل این ترکیب برای حالت بالک و لایه نازک انجام شد. بررسی چگالی ابر الکترونی وجود خاصیت کووالانسی-یونی را تایید می کند. بررسی خواص اپتیکی برای قسمت های حقیقی و موهومی دی الکتریک و همچنین بررسی قسمت حقیقی رسانندگی ، تابع اتلاف انرژی ، ضریب شکست ، ضریب خاموشی و بازتابندگی محاسبه و نمودارهای آن رسم شد.

نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن به دلیل کاربردهای فراوان در پزشکی مانند انتقال دارو، تشخیص و درمان و بیوتکنولوژی توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است. در این پروژه ما نانوذرات فریت منگنز با ساختار اسپینلی را با استفاده از روش هم-رسوبی سنتز کردیم که نتایج به دست آمده از xrd و ftir آن را تایید می¬کنند. سپس اثر رفتار حرارتی را روی ساختار آن مورد بررسی قرار دادیم و با توجه به پیک¬های موجود در نتایج آنالیز dta نمونه را در دماهای 400،190 و 600 درجه سانتیگراد بازپخت کردیم که در دمای پایین بازپخت نمونه همان منگنز فریت باقی مانده ولی با افزایش دما به 400 درجه سانتی¬گراد پیک-های مربوط به ?fe?_2 o_3 و?mn?_3 o_(4 ) را درساختار آن مشاهده کردیم. نتایج اندازه¬گیری مغناطیسی نشان می-دهد که مقدار مغناطش اشباع m_s و نیروی وادارندگی h_c با افزایش دمای بازپخت کاهش می¬یابند.

چکیده ندارد.