در این پایان نامه نانوپمپ چرخشی زیستی f0f1- atpase که وظیفه ی تولید گرادیان یونی در دو سمت غشا سلول را بر عهده دارد، مورد مطالعه و بررسی قرار داده شده است، سپس با ایده-گیری از قسمت f0 پمپ پروتئینی f0f1- atpase ، یک نانوپمپ چرخشی یونی، طراحی و مورد بررسی قرار گرفته شده است. چون نانوپمپ پیشنهادی در محیط افت و خیزدار آبی قرار دارد، بنابراین برای بررسی و مدل سازی نانوپمپ چرخشی از دینامیک مولکولی کلاسیک برای بررسی دینامیک اتم ها ی داخل پمپ و دینامیک مولکولی کاتوره ای برای بررسی دینامیک یون ها در محیط آبی بالا و پایین پمپ استفاده کردیم. این نانوپمپ از دو قسمت روتور و استاتور تشکیل شده است. برای طراحی ساختمان این نانوپمپ از نانولوله های کربنی و صفحه های گرافن استفاده شده است. یک نیروی خارجی با بسامد مشخص، به عنوان نیروی محرکه ی پمپ مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که چرخش روتور نانوپمپ، یون های سدیم را پمپاژ کرده و در نتیجه یک گرادیان یونی در دو سمت خود ایجاد می کند. در شبیه سازی این نانوپمپ به بررسی اثر تغییر دما، اندازه و مکان بارهای الکتریکی استاتور در دستگاه و مقدار بسامد چرخشی روتور نانوپمپ، پرداخته شده است. از نتایج حاصل شده مشاهده نمودیم که به ازای مقدارهای مشخصی از بسامد چرخشی روتور، بارهای استاتور و دمای سیستم، گرادیان یونی تولید شده توسط نانوپمپ به بیشترین مقدار می رسد. هم چنین نتایج حاصله بیان گر این است که مکان بارهای الکتریکی استاتور روی گرادیان یونی تولید شده توسط نانوپمپ تاثیر می گذارد. در پایان مشاهده کردیم که گرادیان یونی تولید شده توسط نانوپمپ باعث ایجاد یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین غشایی در دو سمت نانوپمپ می-شود.

در این پژوهش، ویژگی های ساختاری و الکترونی ترکیب های ptmnsb و ptcosbبا استفاده از روش های محاسباتی مورد مطالعه قرار گرفته اند. این ترکیب های سه تایی از خانواده ی نیم هاسلرها هستند. از مهم ترین ویژگی های چنین ترکیب هایی نیم فلز بودن آن هاست، که باعث شده است این ترکیب ها در صنعت اسپینترونیک بسیار پرکاربرد باشند. محاسبه های این پژوهش بر مبنای نظریه ی تابعی چگالی با استفاده از روش امواج تخت بهبود یافته خطی به علاوه اوربیتال های موضعی (lo+lapw) در کد محاسباتی wien2k نسخه 2011 انجام گرفته است. برای بررسی ویژگی های ساختاری و الکترونی این ترکیب ها از تقریب های شیب تعمیم یافته gga، pbesol، تقریب چگالی موضعی، lsda، و پتانسیل تبادلی بک-جانسون اصلاح شده، mbj، برای پتانسیل تبادلی-همبستگی استفاده شد. در گام نخست محاسبه ها، بعضی متغیرهای تأثیرگذار، از جمله ثابت شبکه، شعاع قطع بسط پتانسیل و ... با روش های محاسباتی بهینه شدند. چون تقریب gga-pbe حالت پایدارتری را برای بلور فراهم کرد، از ثابت شبکه ی تعادلی به دست آمده از این تقریب در محاسبه ها استفاده شد. ثابت شبکه تعادلی برای ترکیب ptmnsb برابر ?24/6 و برای ترکیب ptcosb برابر ? 14/6 به دست آمد که سازگاری خوبی با تجربه داشتند. دیگر ویژگی های ساختاری ترکیب ها از جمله مدول حجمی و مشتق آن نیز به دست آمد. با بررسی نمودار چگالی حالت های الکترونی dos اسپین های بالا و پایین مشخص شد، که ترکیب های ptmnsb و ptcosb هر دو مغناطیسی هستند. نمودار dos ترکیب ptmnsb نشان داد، این ترکیب برای اسپین های بالا رفتار فلزی دارد و برای اسپین های پایین با گافی در حدود ev80/0 رفتار نیم رسانایی دارد، که در مجموع این ویژگی، نیم فلزی بودن این ترکیب را نشان می دهد. اما ترکیب ptcosb یک رسانا است. هم چنین با مشاهده نمودارهای ساختار نواری این ترکیب ها، نشان داده شد که هیچ کدام از آن ها فاز رسانای توپولوژیک یا نارسانای توپولوژیک ندارند. در بررسی دیگر، این ترکیب ها تحت فشار قرار داده شده و ویژگی های الکترونی آن ها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. نشان داده شد که افزایش فشار منجر به افزایش گاف در نمودار dos اسپین های پایین در ترکیب ptmnsb شده و در نتیجه ویژگی نیم فلزی این ترکیب حفظ می شود. در ترکیب ptcosb این افزایش فشار باعث افزایش ستیغ های نمودار dos و جابه جایی نوارهای انرژی به سمت انرژی های پایین تر شد.