در رساله حاضر محاسبات ابتدا به ساکن برای تهی جاهای اکسیژن در انبوهه دی اکسید تیتانیوم با استفاده از روشهای بهبود گاف انرژی نظیر gga+u، تقریب بس ذره ای gwو تئابع هیبریدی انجام گرفته است. نتایج حاصل از بکارگیری تقریب gga+uگرچه تاحدی گاف و جایگزیدگی ترازهای تیتانیوم را بهبود می بخشد ولی قادر به توصیف مناسب از ترازهای منتج از حضور تهی جاهای اکسیژن در داخل گاف نیست و آنها را به نوار هدایت منتقل می کند.در ابتدا با استفاده از تقریب gwروی حالت زمینه gga+u که نقطه مناسب تری برای شروع نسبت به ggaمی باشد به بررسی گاف انرژی و الکترون خواهی انواع تهی جاها پرداخته ایم. این نتایج تصحیح شده نشان می دهد که رهیافت جدید تهی جاهای یکبار یونیده اکسیژن را داخل گاف انرژی ناپایدار می کند.بعلاوه این رهیافت برغم بهبودی شایان توجه گاف قادر به جابجایی ترازهای منتسب به این نقص های نقطه ای نمی باشد. در ادامه به سراغ روشهای هیبریدی hseو pbe0 رفته ایم که درون خود بخشی از جمله تبادلی دقیق را دارند. نتایج این روش نشان می دهد که هر دوی این تابعی ها قادر به انداختن ترازهای تهی جاهای یکبار یونیده وخنثی بدرون گاف انر/زی در تطابق با تجربه هستند این در حالی است که روش hse نیز گاف را دقیقا مطلبق با تجربه یعنی 3evگزارش می کند. در بخش دوم به مطالعه ابتدا به ساکن نانوسیمهای مغناطیسی mnas در دو نظم کریستالی با محوریت اتم منگنز و آرسنیک پرداخته ایم. برای توصیف پایداری ساختاری از دو مدل پدیده شناختی یکی مبتنی بر انرزی پیوندهای آویزان و دیگری بر اساس انرژی اتمها بر حسب موقعیتشان در ساختار نانوسیم استفاده شد. نتایج بدست آمده برای انرژی همدوسی حاکی از پایداری تناوبی برای این دو دسته از نانوسیمها می باشد.همچنین تحلیل نتایج انرژی برای لبه و سطح نشان می دهد که اتمهای لبه مسول این رفتار تناوبی می باشند بطوری مه اتم مغناطیسی در لبه منجر به ناپایداری بیشتر می شود. در ادامه نیز برای تحقق شرایط رشد در دما وفشار واقعی از روش ترمودینامیک ابتدا به ساکن بر پایه انسامبل کانونی بزرگ استفاده شد که نتایج این بخش نیز بر تناوبی بودن پایداری ساختاری اشاره دارد.

این تحقیق متشکل از دو بخش اصلی است. بخش اول (که شامل تجزیه و تحلیل یک کار آزمایشگاهی است و در مرکز ملی تکنولوژی های نیمرسانای دانشگاه شفیلد انگلستان انجام گردیده و سپس تعدادی از طیف ها در اینجا آنالیز گردیده است) به بررسی تغییرات طول موج، قطبیدگی و شدت تابش نقاط کوانتومی خودآرای inas/gaas، که با روش روآراستی باریکه مولکولی (mbe) در ساختار نانوکاواک استوانه ای، با سطح مقطع دایروی با قطرهای مختلف و سطح مقطع بیضوی با اقطار بزرگ و کوچک (µm5/1µm×2) رشد داده‏شده و فرآوری شده اند، به وسیله اسپکتروسکپی مایکروفوتولومینسانس در دماهای متفاوت و تغییر از دمای هلیوم مایع مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات نشان می دهند که میزان قطبیدگی و جداشدگی طیفی برای نقاط کوانتومی گوناگون، متفاوت است. این تفاوت را می توان به انحراف از شکل متقارن و کشیدگی نقاط کوانتومی در حین رشد و مرحله رونشانی بعدی نسبت داد. آنالیز طیف های فوتولومینسانس گویای این مطلب است که با افزایش دما، طول موج گسیلی نقاط کوانتومی به سمت قرمز جابجا می‏شود و نیز با نزدیک شدن طول موج گسیلی نقاط کوانتومی به طول موج مدهای کاواک، که قرمزگرایی کمتری دارند، کوپل شدگی و تقویت حاصل می گردد. در بخش دوم این تحقیق، با استفاده از نظریه تابعی چگالی (dft) ابتدا خواص ساختاری gaas و inas در حالت حجمی در دو فاز زینک بلند و ورت زایت مورد بررسی قرار گرفت. سپس، به بررسی اثرات اندازه کوانتومی بر حالت های الکترونی نقاط کوانتومی پوسته- هسته ایinas/gaas پرداخته شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که برای حالت حجمی، فاز زینک بلند، و برای نانوذرات، فاز ورت زایت فاز پایدار سیستم است. همچنین از دیدگاه مهندسی تنظیم نواری، نقاط کوانتومی مورد مطالعه تشکیل ساختار چندگانه نوع دوم می دهند، درحالیکه پیوندگاه سطحی در gaas-inas ساختار چندگانه ای از نوع اول بوجود می آورد.

وجود یک سری مختصات ویژه ی نانولوله های کربنی، آن ها را به انتخابی ایده آل برای بسیاری ازکاربردها تبدیل کرده است. مدارک گوناگونی نشان می دهد که آلاییدن نانولوله های کربنی با اتم هایی که به نانولوله اسپین تزریق می کنند، باعث بهبود خاصیت مغناطیسی ضعیف نانولوله ها و امکان استفاده از آن ها در صنعت اسپینترونیک می شود. از میان عناصر شیمیایی گوناگون، فلزات واسطه به علت برقراری پیوند قوی با اتم های کربن، برای آلاییدن نانولوله های کربنی مناسب به نظر می رسند. از دیگر عواملی که به شدت ویژگی های الکترونی و ساختاری نانولوله های کربنی را تغییر می دهد ایجاد هرگونه تغییر مکانیکی در نانولوله ها می باشد از جمله ای این تغییرات ایجاد کرنش درامتداد محور نانولوله می باشد . در این پروژه ابتدا نانولوله های کربنی(7,0) و (5,5) را مدل سازی کردیم و سپس اتم های مغناطیسی منگنز و آهن را در دو جایگاه مختلف نانولوله قراردادیم و نشان دادیم که اتم های مغناطیسی ذکر شده باعث ایجاد خاصیت فرومغناطیسی و بهبودخاصیت رسانایی در این نانولوله-ها شدند. همچنین با اعمال کرنش محوری براین دو نانولوله، نشان دادیم که گاف نواری نانولوله ی (7,0) به هنگام کشیده شدن افزایش می یابد و به هنگام فشرده شدن، این نانولوله ی نیم رسانا، به فلز تبدیل می شود و گاف نواریش بسته می شود، اما در مورد نانولوله ی (5,5) هیچ گونه تغییری را مشاهده نکردیم. در این پروژه، برای انجام محاسبات از بسته نرم افزاری quantum espresso که برپایه نظریه ی تابعی چگالی است، استفاده شده است.

در این تحقیق در ابتدا با استفاده از تئوری مای و معادلات ماکسول، برهمکنش امواج الکترومغناطیسی با نانوذرات مورد بررسی قرار گرفته است و در ادامه به بیان و توضیح روش تقریب دوقطبی های گسسته پرداخته شده است، در این راستا از کد دی دی اسکت که برپایه ی این روش است برای بررسی خواص نانوذرات فریت نیکل – روی که یک نوع فریت نرم هستند، استفاده قرار گرفته است. یکی از کاربردهای مهم ترکیبات فریت نیکل- روی در تولید پوشش های ضد راداری است که در گستره ی فرکانسی مایکروویوی مورد استفاده قرار می گیرند، در این گستره مهم ترین عاملی که باعث برهمکنش و تشدید می گردد، چرخش دوقطبی ها با تغییر میدان الکترومغناطیسی خارجی است، هرچه ماده دارای این توانایی باشد که تحت تغییرات میدان الکترومغناطیسی خارجی دوقطبی هایش سریع تر چرخش کنند، در گستره ی فرکانسی مایکروویو دارای قدرت جذب بیشتری است، بنابراین فریت های نرم یکی از بهترین گزینه ها به منظور جاذب های مایکروویوی هستند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهند که نانوذرات کوچک مثلثی شکل (در حدود 40 نانومتر) در گستره ی فرکانسی 2 تا 12 گیگاهرتز دارای کمترین شدت پراکندگی و نانوذرات بزرگ کروی (در حدود 70 نانومتر) در این گستره فرکانسی دارای بیشترین شدت جذبی هستند. به منظور داشتن پوششی با قدرت جذب بالا می توان از مخلوط نانوذرات کوچک مثلثی شکل و نانوذرات بزرگ کروی استفاده کرد و یا از محصولاتی که در آن نانوذرات بزرگ کروی با تعداد معینی از نانوذرات کروی دیگر به هم پیوسته شده اند، استفاده کرد.