برهم کنش های الکتروستاتیکی بین اجسام باردار نوارمانند و میله ای مانند، نقش مهمی را در بسیاری از سیستم های ماده چگال و ماده چگال نرم همچون مواد همبسته ی قوی، کریستال های مایع، الکترولیت ها، پلیمرها و بیومولکول ها ایفا می کنند. به عنوان مثال ابررساناها و عایق های پادفرومغناطیس مات، دسته ی وسیعی از سیستم های همبسته ی قوی هستند که فازهای کوانتومی آن ها به شدت مورد مطالعه است. نتایج بسیاری از گزارشات بر جدایی حاملان بار در نوارهای افت وخیز کننده در ابررساناهای کوپرایت دلالت می کنند. در نمونه های سرامیکی la2-xsrxcuo4 همراه با آلایش nd، با استفاده از پراکندگی نوترون، نوارهای باردار به عنوان یک شبکه ی استاتیک همدوس همراه با ساختار تتراگونال دمای پایین دیده شده اند. نیکلایت ها (la2-xsrnio4) نمونه های تجربی خوبی جهت مشاهده ی نوارهای بار در دمای پایین هستند. ارتباط بین همبستگی نوارهای باردار و ابررسانایی دمای بالا به صورت قابل توجهی در نیکلایت ها مورد مطالعه قرار گرفته است. با به دست آوردن فرم بسته ای برای برهم کنش چنین نوارهایی، اطلاعات مفید زیادی در مورد ویژگی های فیزیکی سیستم، همچون نظم، همبستگی های نوارهای باردار و همین طور ویژگی های ترمودینامیکی سیستم به دست می آوریم. نتایج آزمایشگاهی چنین برهم کنش هایی در دنیای کلوئیدی نیز دیده شده است. در واقع در محلول های کلوئیدی، ماکرومولکول هایی همچون dna، tmv یا ویروس fd، نوارهای v2o5 و غیره، ذاتاً ناهمسانگرد بوده و شکل های نوارمانند و یا ربان مانند دارند. در متن یک گذار فاز جهتی روشن شده است که برهم کنش الکتروستاتیک بین پلی الکترولیت ها منجر به اثر پیچ خوردگی می شود که غلظت را در گذار فاز همسانگرد به نماتیک (i-n) بالا می برد. تلاش های زیادی جهت به کار بردن رهیافت های عددی و تحلیلی مناسب برای محاسبه ی برهم کنش الکتروستاتیک دو جسم باردار میله ای شکل انجام شده است. اما با وجود همه ی رهیافت های تحلیلی و عددی، فقدان فرم بسته ای برای انرژی برهم کنشی چنین ذرات ناهمسانگردی احساس می شود. ما در این پایان نامه فرم بسته ای برای انرژی برهم کنشی دو جسم باردار میله ای شکل با طول های 2l1 و 2l2 و جهت گیری دلخواه در سه بُعد که با فاصله ی r از هم جدا شده اند، به دست آوردیم. با استفاده از فرم بسته، توابع ترمودینامیکی یک زنجیره ی 1d از میله های باردار که هر میله تنها با دو همسایه ی مجاور خود برهم کنش می کند را مورد مطالعه قرار دادیم. گرچه برهم کنش الکتروستاتیک بلندبرد است و درک عملی برای توجیه فرض ما وجود ندارد، اما توانستیم با همین فرض، فهم بیشتری را نسبت به فرم بسته و اثرات مستقیم آن روی رفتار ترمودینامیکی سیستم به دست آوریم. در نهایت رابطه ای بین رفتار گرمای ویژه و انرژی برهم کنشی الکتروستاتیکی به دست آوردیم. در بخش دوم پایان نامه، سعی کردیم برهم کنش الکتروستاتیک بین دو جسم میله ای مانند را در حضور اثر پوششی پیدا کنیم. در واقع یافتن عبارتی تحلیلی برای برهم کنش الکتروستاتیک دو میله ی باردار، موضوع واضحی نبوده و کاملاً پیچیده است. به هر ترتیب ما توانستیم نتایج مفیدی را با در نظر گرفتن تعدادی چهارقطبی محوری روی میله ها و محاسبه ی برهم کنش الکتروستاتیک آن ها برای طول های پوششی متفاوت به صورت عددی، به دست آوریم. نتیجه ی قابل توجه این بود که جهت گیری ها با انرژی های کمینه و بیشینه، با اضافه کردن اثر پوششی تغییری نکرد. این بدان معناست که حضور نمک نمی تواند پیکربندی های کمینه و بیشینه ی انرژی را تغییر دهد. در قسمت پایانی، نتایج خود را جهت مطالعه ی ویژگی های فیزیکی کوپرایت ها به کار بردیم. در این بخش ویژگی های ساختاری کوپرایت های با آلایش ناچیز حفره را مورد مطالعه قرار دادیم. در نواحی آلایش های ناچیز نوارهای بار و اسپین در لایه های مختلف cu-o پدیدار می شوند. با درنظرگرفتن نوارهای بار به عنوان اجسام ناهمسانگرد کلاسیکی، جهت گیری نوارها با کمینه انرژی برهم کنشی را به دست آوردیم. نتایج ما در تطابق خوبی با نتایج تجربی بود. نهایتاً نتیجه گرفتیم که در ناحیه ی آلایش های ناچیز می توان از اثرات کوانتومی صرف نظر کرد و ویژگی های فیزیکی سیستم را مطالعه کرد.

یکی از فرض هایی که به منظور ساده سازی روابط در بررسی اپتیکی سلول های خورشیدی آلی می شود این است که فقط تابش عمودی به سطح سلول را در نظر می گیرند. تحت تابش عمود بازتاب کمتری رخ می دهد. از اینرو تصور می شود که بالاترین بازده در این زاویه تابش امکان پذیر است اما از طرفی در تابش غیر عمود، عملا ضخامت موثر برای جذب نور افزایش می یابد. تقابل این دو اثر تعیین می کند که بازده سلول افزایش می یابد یا کاهش. از اینرو در ادامه پژوهش به بررسی عملکرد اپتیکی سه ساختار از سلول های خورشیدی آلی پیوندگاه ناهمگون حجمی تحت زوایای مختلف تابش و تاثیر آن بر پروفایل جذب در لایه فعال پرداخته شده است.

‏اخیراً‎ توجه زیادی به پدیده های تراهرتز در مواد الکترونیکی بوده است. این عمدتاً به دلیل پیشرفت سریع چشمه های لیزر ‏توان بالا,‎ ‎‏طول‎ موج بلند و ‎تنظیم‎ پذیر مانند لیزرهای الکترون آزاد است. نظر به پیشرفت سریع پدیده تراهرتز جفت شدگی فوتون الکترون الزامی است. کمیت سودمند در درک ویژگی های انتقالی و نوری یک سیستم الکترونی,‎ ‎‏تابع‎ دی الکتریک است. در این پایان نامه,‎ ‎‏ما‎ یک پژوهش نظری از ویژگی های الکتریکی و دی الکتریک از یک گاز الکترونی که قویا با میدان تابش تراهرتز جفت شده است,‎ ‎‏بررسی‎ می کنیم. ما ابتدا نوسان بار از یک سیستم الکترونی شبه یک بعدی را با استفاده از تکنیک اختلال وابسته به زمان محاسبه می کنیم. پس‎,‎ از آن تابع دی الکتریک می تواند نتیجه شود. ما عناصر طیف برانگیختگی از سیستم الکترونی شبه یک بعدی را تخت میدان تابش تراهرتز با یک پتانسیل حبس سهمی وار به دست می آوریم‎‎‎‏,‎ ‎‎‏ بنابراین مدهای پلاسمون با استفاده از تقریب فاز کاتوره ای به دست می آیند. تابع دی الکتریک نشان می دهد که سیستم شدیداً به شدت و فرکانس میدان لیزر تراهرتز وابسته است.

کاربردهای روز افزون نانو سیم ها درصنایع اپتو الکترونیک جهت ساخت لیزرهای نیمه هادی ، حسگرهـای فوق العاده سریع ، ساخت موادی پایـدار با خواص فیـزیکی و شیمیـایی ویژه ، جهت جوابگویـی روزافزون بـه صنعت در حوزه های گوناگون ما را بر آن می دارد تا به دنبال دیدگاه و نظریه جامع نظری در این حوزه باشیم تا از طرفی بتوانیم به توصیف پدیده های اتفاق افتاده در حوزه تجربی دست یابیم و از طرف دیگر به بسط این حوزه (تجربی) برای یافتن امکانات و افق- های جدید مبادرت ورزیم . می دانیم که مهمترین مسئله در شتاخت خواص فیـزیکی یک ماده نیم- رسـانا مسئله بررسی ترابرد الکتـرونی آن می باشد ، ما در این مبحث به مسئـلـه ترابرد الکترون در یک نانوسیم تحت تابش الکترومغناطیس می پردازیم ، امید است که موضوع این پایان نامه افق ها و دیدگاههای جدیدی پیش روی ما قرار دهد .

نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده موادی هستند که خواص نیمرسانایی و مغناطیسی را به طور همزمان نشان می دهند. این مواد نیمرساناهایی هستند که شامل تعدادی اتم عناصر واسطه اند که جایگزین کاتیون ها شده اند. از بین نیمرساناهای فرومغناطیس گروه iii–v ، نیمرسانای مغناطیسی گالیوم نیتراید رقیق شده با عناصر واسطه (ga,tm)n به خاطر دمای کوری بالای دمای اتاق، بیشترین کاربرد را در صنعت اسپین ترونیک دارد. در این پژوهش خواص الکترونی و مغناطیسی نانولوله های خالص و آلایش یافته gan با عناصر واسطه (v, cr, mn , fe, co, ni ) ، با استفاده از رهیافت نظریه تابع چگالی قطبیده اسپینی و تقریب شیب تعمیم یافته gga توسط کد محاسباتی siesta مطالعه شده است. محاسبات روی نانولوله های خالص آرمچیر (3,3)، (5,5)، (7,7)، (8,8)، (9,9)، (10,10)، (12,12)، (14,14) و زیگزاگ (0,3)، (0,5)، (0,7)، (0,8)، (0,9)، (0,10)، (0,12)، (0,14) صورت گرفته است. نتایج حاصله از محاسبات الکترونی بیانگر خواص نیمرسانایی این نانولوله هاست. ساختارهای الکترونی نشان می دهد نانولوله های زیگزاگ وآرمچیر به ترتیب دارای گاف نواری مستقیم و غیر مستقیم بوده و در هر دو نوع نانولوله با افزایش قطر، گاف نواری افزایش یافته بگونه ای که تغییرات گاف نواری در نانولوله های زیگزاگ نسبت به نانولوله های آرمچیر بیشتر است اما این روند افزایشی در قطرهای بالاترکندتر می گردد. تقارن چگالی حالت ها بیانگر عدم خاصیت مغناطیسی نانولوله های خالص می باشد. نانولوله های آرمچیر (3, 3)، (5, 5) و زیگزاگ (0, 9)، (0, 5) توسط عناصر واسطه مورد آلایش قرار گرفت. چگالی حالت های اسپینی قطبیده نشان می دهد که نانولوله های گالیوم نیتراید آلایش یافته با عناصر واسطه، نیمرسانای مغناطیسی رقیق شده اند. آلایش با v و cr و mn در همه موارد منجر به ایجاد خاصیت فرو مغناطیسی گردید. فلز mn پایدارترین فاز فرومغناطیسی و بیشترین گشتاور موضعی مغناطیسی را برای هر دو نوع نانو لوله نشان داد. نانولوله های آلایش یافته با co و ni در فاز پایدار از خود خاصیت آنتی فرو مغناطیسی نشان داده، در حالیکه نانولوله های آلایش یافته با fe بسته به موقعیت آلایش، هر دو فاز آنتی فرومغناطیسی و فرومغناطیسی را نشان می دهد. گشتاور مغناطیسی کل ایجاد شده در ساختار، در حضور عناصر واسطه، از v به سمت fe افزایش یافته و بیشینه مقدار را آلایش fe نشان می دهد درحالیکه با افزایش عدد اتمی از fe به سمت ni گشتاور مغناطیسی کل کاهش می یابد. حالت نیم فلزی با قطبش اسپینی 100 درصد در نمونه های آلایش یافته با mn مشاهده گردید. ساختار منحصر به فرد قطبش اسپینی ترازهای انرژی به هیبریداسیون بین اوربیتال های تراز d3 عناصر واسطه و اوربیتال p2 نیتروژن های همسایه آن مربوط می شود. گشتاور مغناطیسی موضعی عناصر واسطه و گشتاور مغناطیسی کل محاسبه شده برای ساختارهای مختلف، در توافق خوبی با نتایج تجربی است. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند جهت مطالعات تجربی آینده روی نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده مفید واقع گردد. با توجه به نتایج حاصله از این پژوهش، نانولوله های gan آلایش یافته با عناصر واسطه، به عنوان کاندیدای مناسب جهت کاربرد در قطعات اسپین ترونیکی پیشنهاد می شود.

سطح زندگی انسان ها نسبت به دهه های گذشته به علت انقلاب صنعتی رشد کرده است. این صنعتی شدن جنبه های منفی نیز دارد و آن نشر گازهایی است که محیط زیست را آلوده می کنند و سلامتی عموم را به خطر می اندازند. برای اندازه گیری میزان این آلودگی ها نیازمند حسگرهای گازی هستیم که برای گازهای مختلف از مواد حسگری مختلفی تهیه می شود. در این تحقیق ابتدا حسگر گازی بر پایه نانو الیاف های پلی-آنیلین به روش پلیمریزاسیون شیمیایی و سپس ترکیب نانو الیاف پلی آنیلین با اکسید روی به همان روش در حضور پودر اکسید روی ساخته شد. پس از خالص سازی پلی آنیلین و ترکیب پلی آنیلین/ zno در آب حل شد و روی زیر لایه های شیشه ای که الکترودهای طلا روی آنها لایه نشانی شده بود، به روش اسپین لایه نشانی شد. خواص ساختاری، اپتیکی و ریخت شناسی با استفاده از اندازه گیری های طیف سنجی uv-vis، طیف سنجی مادون قرمز (ft-ir)، آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) و میکروسکوپ الکترونی روبشی اثر میدانی (fe-sem) مورد بررسی قرار گرفتند. تصاویر fe-sem شکل گیری نانو الیاف پلی آنیلین را نشان دادند. پاسخ نمونه های تهیه شده نسبت به گاز آمونیاک، اتانول و استون در دمای اتاق به روش مقاومت سنجی مورد بررسی قرار گرفت. حسگرهای گازی ساخته شده حساسیت خوبی نسبت به گاز آمونیاک نشان دادند (در حدود 150%) اما پاسخ آنها نسبت به دو گاز اتانول و استون قابل چشم پوشی بود که بیان گر گزینندگی بالا به nh3 در مخلوط سه گاز فوق الذکر می باشد. به منظور افزایش حساسیت نمونه ها، لایه نازکی (در حدود nm 10) از طلا (au) و نیکل (ni) به عنوان کاتالیزور به روش تبخیر حرارتی در خلاء روی pani و ترکیب pani/zno لایه نشانی شد. مشاهده شد که حساسیت حسگرهایی که با طلا لایه نشانی شده است، برای پلی آنیلین تا حدود 3 برابر و حسگر کامپوزیت پلی آنیلین با اکسید روی تا حدود 2 برابر افزایش یافت.

در این پژوهش از بین نیمرساناهای گروه iii–v، گالیوم نیترید بدلیل داشتن دمای کوری بالای دمای اتاق و گاف نواری بزرگ به عنوان ماده مورد بررسی انتخاب گردید. سعی ما در این پژوهش یافتن ساختارهایی با ویژگی مناسب برای استفاده در مطالعات ترابردی بوده است. در قسمت اول خواص الکترونی، مغناطیسی نانو روبان خالص، دارای نقص و آلایش یافته gan با عناصر واسطه(cr, mn , fe, ni ) ، با استفاده از رهیافت نظریه تابعی چگالی قطبیده اسپینی و تقریب شیب تعمیم یافته ggaتوسط کد محاسباتی siesta مطالعه شده است و در قسمت دوم خواص ترابردی نانو روبان خالص با استفاده از رهیافت تابع گرین غیر تعادلی و تقریب شیب تعمیم یافته gga توسط کد محاسباتی transiesta بررسی شده است. نتایج بررسی های مغناطیسی و الکتریکی حاصل نشان می دهد که حضور پیوندهای آویزان درون ساختار gan بسته به محل پیوندهای آویزان و نظم لبه های ساختار موجب بروز خاصیت نیم فلزی ذاتی، فلز مغناطیسی و نیمرسانای مغناطیسی می گردد. براساس نتایج این پژوهش، امکان دست یابی به جریان میکروآمپری و 100% قطبیده اسپینی از ساختار نانوروبان گالیوم نیترید خالص بدون به کارگیری آلایش مغناطیسی یا اعمال ولتاژ گیت وجود دارد.