در پایان نامه حاضر، به بررسی و مطالعه ی اثرات ناهمواری فصل مشترک بر روی ترابرد الکتریکی وابسته به اسپین در نانو ساختارهای غیرمغناطیسی و مغناطیسی در رژیم همدوس می پردازیم. در محاسبات از روش ماتریس انتقال و تقریب جرم موثر و در تعیین مغناطش قطعات نیمرسانای مغناطیسی در اتصالات، از تقریب میدان متوسط استفاده شده است. برای توصیفی نزدیک تر به واقعیت از ترابرد الکتریکی در نانوساختارها، ناهمواری ها در فصل مشترک در قالب مدل های منظم و نامنظم لحاظ شده است. علاوه بر اثر ناهمواری سطح، اثر پارامترهای دیگری مانند ولتاژ، دما و ضخامت لایه ی غیرمغناطیسی (چاه کوانتمی) نیز بر رفتار کمیت های مهم احتمال عبوردهی، مقاومت مغناطیسی تونل زنی و قطبش اسپینی، بررسی شده است. نتایج محاسبات عددی نشان می دهد که ناهمواری در سطوح مشترک به دلیل باز شدن کانال های رسانشی اضافه، احتمال عبوردهی را در نانوساختارهای مغناطیسی کاهش می دهد. هم چنین کنترل دما در ساختارهای نیمرسانای مغناطیسی باعث افزایش اثر فیلتر اسپینی در این اتصالات می شود. مطالعات حاضر می تواند در بهبود ساخت ادوات اسپینترونیکی نظیر دیودهای تونل زنی تشدیدی اسپینی، فیلترهای اسپینی قوی و حافظه های کامپیوتری مغناطیسی، مفید باشد.

در این پروژه سیستمی داریم که از نانو لوله کربنی، نانوذرات آهن و مولکول سنگین(مانند فلورین) تشکیل شده است به گونه ای که یک سر نانو لوله کربنی به نانو ذرات آهن و سر دیگر آن به مولکول سنگین متصل است. این سیستم درون سیال قرار دارد. ابتدا یک میدان الکتریکی به آن وارد می گردد تاجهت خاصی را در فضا گزینش کند، سپس میدان مغناطیسی را عمود بر میدان الکتریکی اعمال می کنیم که موجب چرخش سیستم می گردد. در اثر این چرخش سیستم نیروئی را به سیال وارد می کند و سیال نیز همان نیرو را در خلاف جهت به سیستم وارد می کند که موجب حرکت سیستم می گردد. برای بررسی حرکت سیستم در یک پریود آن را به چهار ناحیه تقسیم می کنیم و هر ناحیه را به طور مجزا بررسی می کنیم، در نهایت حرکت کلی سیستم ، با کنار هم قرار دادن نتایج هریک از چهارناحیه به دست می آید.

چرا اسید دئوکسی ریبونوکلئیک ( dna ) را مطالعه می کنیم؟ علی رغم اهمیت زیاد و غیر قابل انکار مولکول dna در زیست شناسی، این مولکول مشهور به طور برجسته ای در حال مطرح شدن در دنیای فناوری نانو است. تمایل دانشمندان رشته فناوری نانو به dna سه دلیل عمده دارد: الف) dna یک ماده طبیعی در مقیاس نانو است. ب) به سبب فعالیت های زیست شناسان، تکنیک های متعددی برای مطالعه این مولکول در حال حاضر وجود دارد. پ) امکان بهره گیری از توانایی این مولکول در حمل اطلاعات (که این نقش اصلی dna در زیست شناسی است) طی فرآیند خود آرایی است. یکی از موضوعات جالب و مهم برای طراحی ادوات الکترونیکی در مقیاس نانو، خاصیت جایگزیدگی و گستردگی حالات الکترونی است که در تعیین خواص ترابرد الکتریکی اهمیت دارد. در این پایان نامه، خاصیت جایگزیدگی و گستردگی حالات الکترونی سیم های مولکولی dna متصل به دو الکترود نیم بی نهایت فلزی را با در نظر گرفتن پیکربندی های مختلف (با پایه های منظم، کاتوره ای و فیبوناچی از نوکلوئیدهای مختلف) برای dna بررسی می کنیم. برای این کار مولکول dnaرا به صورت یک مدل نردبانی با پایه هایی از نوکلوئیدهای مختلف فرمولبندی می کنیم. با نوشتن هامیلتونی سیستم در تقریب بستگی قوی که شامل هامیلتونی مولکول dna، الکترودهای فلزی و هامیلتونی به واسطه میدان خارجی، تابع گرین مولکول dna را در حضور الکترودها با وارد کردن خودانرژی های آنها در نظر می گیریم. محاسباتمان مبتنی بر روش تابع گرین است. در چارچوب نظریه لاندائور- بوتیکر می توان عبوردهی الکترون و جریان عبوری را در سیستم مورد نظرتعیین کرد. همچنین به منظور بررسی خواص جایگزیدگی الکترونی، نماهای لیاپانف و لاندائو و همچنین طول جایگزیدگی را محاسبه می کنیم. همچنین می توان اثرات مربوط به جفت شدگی اتصالات و طول سیم dna را در حضور میدان خارجی بر روی خواص ترابرد الکتریکی و طول جایگزیدگی مطالعه کرد. نقش اصلی در انتقال اطلاعات ژنیتیک در علم بیولوژی برای تمام گونه های موجودات زنده بر عهده مولکول dna است. اخیراً فیزیکدانان و شیمیدانان علاقمند شدند موضوع ترابرد الکتریکی را در این مولکول بررسی کنند. برای این کار، آنها dna را به عنوان یک سیم مولکولی در نظر گرفته اند که می تواند تحت شرایطی حامل های بار الکتریکی را عبور دهد و یا نقش عایق را در این مورد بازی کند. نتایج جالب تجربی و نظری در این موضوع آنها را برای کار بیشتر در این زمینه ترغیب کرده است. خاصیت ترابرد الکتریکی یکی از موضوعات مهم در نانوالکترونیک است که باعث تحول اساسی صنعت الکترونیک شده است. با توجه به کاربردی بودن موضوع در صنایع الکترونیک و اپتوالکترونیک نتایج این تحقیق می تواند به طراحی دقیقتر و بهتر این ادوات کمک کند. از طرفی دیگر، اهمیت استفاده از مولکول های آلی منفرد از جمله dnaبه عنوان اجزاء فعال در قطعات الکترونیکی در تحقیقات نانوالکترونیک در سال های اخیر ناشی از مزایای سرعت خیلی بالا (در مقایسه با قطعات سیلیکانی) است. چنین قطعات مولکولی ممکن است از خود مشخصه قطعات مفیدی همچون دیودهای یکسوکننده مولکولی، مقاومت دیفرانسیلی منفی، ترانزیستور اثر میدان نشان دهند. بنابراین با جایگزین شدن قطعات مولکولی با قطعات سیلیکانی در سال های آینده و رشد صنعت نانوتکنولوژی، لزوم مطالعه خواص فیزیکی چنین سیستم هایی روشن و بدیهی است. در این تحقیق فرضیه های زیر مورد استفاده قرار گرفته است: - مولکول آلی dna را در مدل نردبانی (به صورت یک زنجیره شبه یک بعدی) در نظر می گیریم. - هامیلتونی کل ساختار مورد نظر شامل هامیلتونی مولکول dna، الکترودهای فلزی و هامیلتونی به واسطه میدان خارجی در تقریب بستگی قوی نوشته می شود. - پیکربندی های مختلف (با پایه های منظم، کاتوره ای و فیبوناچی از نوکلوئیدهای مختلف) برای dna در نظر می گیریم. - با استفاده از روش تابع گرین در چارچوب نظریه لاندائور- بوتیکر، ضریب عبوردهی الکترون، چگالی جریان الکتریکی، نمای لیاپانف، نمای لاندائو و طول جایگزیدگی محاسبه می شوند. - برای سادگی از مقادیر بیولوژیکی مولکول مانند انرژی یونیزاسیون، الکترونگاتیوتیه و غیره در این محاسبات صرفنظر می شود و فقط از مقادیر ساده ای مانند انرژی جایگاهی و پرش بین پایه های مختلف استفاده می کنیم. هدف این تحقیق عبارت است از: هدف محاسبه خواص ترابرد الکتریکی مانند عبوردهی الکترونی، چگالی حالت ها و مشخصه جریان- ولتاژ و طول جایگزیدگی با استفاده از روش تابع گرین در چارچوب نظریه لاندائور- بوتیکر است. همچنین وابستگی کمیات مذکور به پارامترهای خارجی مانند ولتاژ خارجی، دما، طول مولکول آلی، متقارن یا نامتقارن بودن سدها به طور نظری تعیین می شود. این ارتباط از طریق نوشتن کد برنامه نویسی در محیط "مطلب" و رسم نمودار با نرم افزارهای گرافیکی انجام می شود. همچنین سعی می شود که راهی برای بهینه کردن خواص ترابرد الکتریکی در این گونه وسایل الکترونیکی ارائه دهیم. جنبه جدید بودن و نوآوری تحقیق در این است که: امروزه، مبحث خواص ترابرد الکتریکی در نانوساختارها از موضوعات مهمی می باشد که در ادوات نانوالکترونیک کاربرد دارد. در این میان، ترابرد الکتریکی و خواص جایگزیدگی حالات الکترونی در نانوساختارهای مبتنی بر مولکول های آلی مانند dna به دلیل اهمیت پاسخ دهی جریان- ولتاژ سیستم مورد نظر به عوامل خارجی مانند ولتاژ خارجی، دما و طول مولکول ها برای طراحی و مهندسی ادوات الکترونیکی مهم هستند. روش انجام تحقیق بدین صورت است که: ساختار مولکول آلی dna را به صورت یک زنجیره شبه یک بعدی با دو نوکلوئید در هر پایه (مدل نردبانی) در نظر می گیریم که به دو الکترود نیم بی نهایت فلزی متصل است. با محاسبه تابع گرین سطحی، اثرات الکترودها را به صورت خودانرژی هایی در تابع گرین مولکول dna وارد می کنیم. با اعمال میدان الکتریکی به کمک روش تابع گرین، عبوردهی الکترونی و جایگزیدگی حالات الکترونی را در ساختار مورد نظر محاسبه و به کمک فرمول لاندائو، رسانش الکتریکی بدست می آید. از روی نتایج عددی محاسبه شده می توان به راحتی بحث انتقال بار الکتریکی را در این گونه مولکول ها بررسی و توصیف کرد. با تغییر پارامترهای قابل کنترل، نتایج عددی مختلفی را با شرایط متفاوت آزمایش می کنیم و راه حل بهینه ای برای داشتن خواص رسانش الکتریکی مناسبی برای طراحی ادوات الکترونیکی ارائه داده می شود. روش تجزیه و تحلیل اطلاعات بدین صورت است که: برای مشاهده تغییرات مورد نظر و وابستگی کمیات فیزیکی مانند جایگزیدگی حالات الکترونی، عبوردهی الکترون، مشخصه جریان- ولتاژ در نانوساختار مورد نظر در حضور عوامل خارجی نیاز به نوشتن کد برنامه نویسی در محیط مطلب است. بعد از استخراج نتایج عددی در محیط های گرافیکی رسم و نتایج، تحلیل و تفسیر فیزیکی می شود.

هدف از انجام رساله حاضر مطالعه خواص ترابردی در چند لایه ایهای مغناطیسی بود. در بین چند لایه ایهای مذکور اتصالات تونلی (mtj) fe/mgo/fe، بعلت داشتن مقاومت مغناطیسی (tmr) بالا، کاربردهای گسترده ای را در صنعت ذخیره اطلاعات پیدا کرده اند. یکی از عمده ترین مشکلات در مطالعه mtjهای fe/mgo/fe اختلاف زیاد بین مقاومت های مغناطیسی اندازه-گیری شده و محاسبه شده است. محاسبات مقاومت مغناطیسی ای بزرگتر از 1000% را پیش بینی می کنند در حالیکه مقدار اندازه-گیری شده کمتر از 300% است. احتمال داده می شود این اختلاف بزرگ از اکسیدشدگی فصل مشترک fe/mgo ناشی شده باشد که نخست در محاسبات وارد نشده بودند. تعدادی از محققین با مد نظر قرار دادن اثر اکسیداسیون کاهش چشمگیری را در tmr محاسبه شده مشاهده کردند. به هر حال، هنوز اختلاف نظرهای زیادی در رابطه با وقوع یا عدم وقوع اکیسداسیون در فصل مشترک وجود دارد. در این رساله، خواص ترابردی اتصالات تونلی اکسیدی و غیر اکسیدی fe/mgo/fe نخست با استفاده از روش ماتریس انتقال مطالعه شده اند. توابع موج درون الکتردها از نوع بلاخ انتخاب شده و برای درون سد پتانسیل یک موج میرا نوشته شده که در فصول مشترک با توابع موج الکترودها پیوستگی دارند. جرم وابسته به اسپین الکترونها در هر ناحیه از محاسبات آغازین باندهای انرژی استخراج شده اند و اثرات پلاریزگی اسپین در فصول مشترک با استفاده از محاسبات ممان ثابت در نظر گرفته شده اند. برای mtjهای غیر اکسیدی tmr محاسبه شده با مقادیر تجربی مطابقت دارد ولی در این روش tmr بزرگتری برای حالت اکسیدی پیش بینی می شود. این امر از پلاریزگی بیشتر اتمهای آهن سطحی ناشی می شود. در اتصالات اپیتکسی fe/mgo در نتیجه انطباق باندهای تقارنی ?_1 الکترودها و سد پتانسیل ترابرد الکترونی آسانی در اتصال برقرار می شود. اکسید شدن فصل مشترک باعث می شود که انطباق مذکور بین باندها تا حدی از بین رفته و عبور جریان با مشکل مواجه شود. روش محاسباتی ماتریس انتقال که ما در اینجا استفاده کردیم قابلیت وارد کردن میزان انطباق باندها را ندارد. بنابراین، بمنظور انجام محاسبات دقیقتر، از روش موفق تابع گرین غیر تعادلی (negf) برای محاسبه tmr استفاده شده است. خواص الکترونیکی مورد نیاز سیستم از طریق ترکیب خطی اوربیتالهای اتمی (lcao) محاسبه شده اند. در ادامه، خواص ظرفیتی اتصالات فوق و تابعیت آنها به میدان مغناطیسی خارجی بررسی شده است. از آنجائی که بار الکتریکی القائی از جانب فصل مشترک در لایه بسیار نازکی در سطح الکترود مقید شده است بنابراین، همانند یک دی الکتریک می توان به آن گذردهی الکتریکی محدودی نسبت داد. در این کار، مقدار گذردهی نسبی الکترودها محاسبه شده و نشان داده شده که از طریق استفاده از الکترودهائی با گذردهی بالا می توان ظرفیت موثر یک mtj را به ظرفیت هندسی آن بسیار نزدیکتر کرد.

چکیده خواص ساختاری،الکترونی و مغناطیسی انبوهه ونانولایه های xy2(x=u,pu , y=ga,ge) را در حضور اسپین – مدار و در غیاب اسپین - مداربر پایه ی نظریه ی تابعی چگالی و با استفاده از برنامه ی رایانه ای وین مورد بررسی و مقایسه قرار داده ایم. خواص ساختاری ترکیبات xy2(x=u,pu , y=ga,ge) در حالت انبوهه را در فاز غیر مغناطیسی و فرومغناطیسی بررسی نموده ایم. محاسبات انرژی کل نشان می دهد که این ترکیبات در حالت زمینه در فاز فرومغناطیس قرار دارند. نوارهای انرژی و چگالی حالتهای الکترونی در حالت انبوهه ترکیبات نشان می دهند که تاثیر برهم کنش اسپین مدار قابل صرفنظر کردن نیست. اثر فشار بر گرادیان میدان الکتریکی را در محل اتمهای مختلف مورد بررسی قرار داده ایم. گشتاور مغناطیسی را در فشارهای مختلف بررسی کرده ایم، گشتاور مغناطیسی اورانیوم و پلوتونیوم در فاز فرومغناطیس را با استفاده از تقریب gga بررسی کرده ایم.

هدف اصلی این پایان نامه بررسی اثر برهمکنش الکترون- فونون بر چگالی حالات نانو لوله کربنی زیگزاگ(0و10) میباشد. در فصل اول فناوری نانو معرفی شده است . در فصل دوم ساختار های کربنی شامل گرافیت ، الماس، نانو لوله و فولرن مورد بحث قرار گرفته اند. در فصل سوم به طور مشخص و مفصل به نانو لوله های کربنی که شامل سه نوع آرمیچر، زیگزاگ، و کایرال میباشند پرداخته شده است . در فصل چهارم نانو لوله های فلزی و نیمه رسانا را با هم مقایسه کردیم. در فصل پنجم اثر برهمکنش الکترون- فونون بر نانولوله های تک جداره بررسی شده است . در فصل ششم تابع گرین دستگاه مربوطه را معرفی می کنم و با استفاده از آن و به کمک تقریب تنگ بست معادله حرکت را حل می کنیم ودر نهایت در فصل هفتم چگالی حالت را در حضور بر همکنش الکترون-فونون بدست می آوریم، البته بررسی نمودارها و مقایسه آنها را هم دراین فصل داریم.

در این پژوهش،اثرات ناخالصی و میدان الکتریکی عمودی بر خواص الکترونی نانولوله های کربنی تک دیواره ای نوع آرمچیر مطالعه شده است. در محاسبات از هامیلتونی تنگ بست، رهیافت تابع گرین تعمیم یافته و فرمولبندی لانداور استفاده می شود. چگالی حالت الکترونی و رسانندگی الکترونی نانولوله های کربنی به ازای مقادیر معین از ناخالصی بورون و نیتروژن و همچنین در حضور میدان الکتریکی عمود بر محور نانولوله محاسبه شده است. نتایج ما نشان می دهد که حضور اتم های ناخالصی و میدان الکتریکی خارجی عمود بر محور تاثیر قابل توجه ای بر چگالی حالت الکترونی و رسانندگی الکترونی نانولوله ها دارند.

با بررسی ساختار باند مدل حاکم بر رفتار al2o3در تابش دهی یونیزان و همچنین تحریک نوری، مجموعه معادلات نرخی برای تحول دانسیته الکترون های تله و حفره های مراکز باز ترکیب و نیز الکترون های باند رسانش و حفره های باند ظرفیت در نظر گرفته شد و این دستگاه معادلات غیر خطی کوپل شده، به روش رونگ کوتا فهلبرگ به صورت عددی حل شد.با استفاده از این حل ، تاثیر نویز شدت نور تحریکی بر قرائت دز بررسی شد.نتایج نشان داد وجود نویز، تکرار پذیری قرائت دز را کاهش و مقدار میانگین قرائت را ازمقدار واقعی دور میکند و به عبارتی انحراف از معیاری بوجود می آورد که با قدرت نویز متناسب است.در ادامه با در نظر گرفتن امکان تغییرات آهسته در شدت نور تحریکی بواسطه سرعت محدود حلقه کنترل شدت، نشان داده شد که در سرعت های کم، قرائت دز پایداری حاصل نمی شود وبرای قرائت صحیح دز و پایداری نتایج قرائت باید سرعت کنترل شدت نور تحریکی را تا حد مناسبی بالا برد.همچنین با در نظر گرفتن مشخصات دزیمتریک کریستال al2o3با ناخالصی کربن نظیر طیف تحریکی آن ، نوع و غلظت نوعی تله های الکترونی و مراکز باز ترکیب آن و .... ، نوع و شدت سیگنال تحریکی مناسب برای قرائت دز را بعنوان نقطه شروع طراحی تحریک گر نوری قرار داده و جزییات طراحی بخش های اپتیکی، الکترونیکی و مکانیکی ارائه شده است.

دراین پایان نامه اثرات پراکندگی وابسته به اسپین و درهم تنیدگی الکترون ها را بر روی خواص ترابرد الکتریکی مانند جریان، رسانش الکتریکی، عامل فانو، نوفه شلیکی و درجه درهم تنیدگی در سیستم های مزوسکوپیکی مانند سیم های کوانتمی متصل به دو الکترود نیمه بی نهایت ایده ال بررسی می کنیم. محاسباتمان مبتنی بر روش ماتریس انتقال در تقریب جرم موثر می باشد. با استفاده از فرمولبندی لاندائور و ماتریس عبوردهی، وابستگی کمیات مذکور به پارامترها مانند نوع چاه (سد) پتانسیل، طول و عرض چاه (سد) پتانسیل، انرژی الکترون عبوری، دما و ولتاژ اعمالی به طور نظری برحسب تغییرات انرژی فرمی بررسی می شوند. یک سیستم دو الکترونی شامل یک الکترون منتشر شده (عبوری) و یک الکترون مقید در یک چاه پتانسیل مشخص ضعیف (ناشی از یک سیم کوانتمی برآمده در یک ناحیه محدود) در نظر می گیریم. با نوشتن توابع موج مربوطه در نواحی مختلف و نوشتن شرایط مرزی مناسب، احتمال عبوردهی و چگونگی تاثیر الکترون مقید بر عبور الکترون اولیه (خاصیت درهم تنیدگی) را بررسی می کنیم. سپس روابط را برای یک سیستم چند الکترونی تعمیم داده و با تغییر پارامترهای قابل کنترل، نتایج عددی مختلفی را با شرایط متفاوت آزمایش می کنیم نتایج عددی این ساختار ممکن است در طراحی ادوات اسپینترونیکی کاربرد داشته باشد.

در سال های اخیر، طراحی وسایل الکترونیکی در حوزه نانو توجه زیادی را به خود جلب کرده است که به دلیل ویژگی های ترابرد الکترونی نانوساختارها می باشد. در این ارتباط ما ویزگی های ترابرد الکترون در پیوندگاه های نانولوله های کربنی تک دیواره نوع صندلی که به وسیله لایه های روی(یک، دو وسه لایه) متصل شده اند را بررسی می نماییم. محاسبات ما مبتنی بر تابع گرین غیر تعادلی با تقریب تنگ بست در نزدیک ترین همسایگی و فرمول لاندائورمی باشد. نتایج عددی ما پیشگویی می کند که قادریم وسایلی با تابع سازی مختلف مانند رسانای سیم گونه کوانتومی، مقاومت دیفرانسیلی منفی و متغیر ساز ویکسو کننده طراحی کنیم، به امید آنکه این مطالعه در طراحی ادوات الکترونیک مفید واقع شود.

به منظوربررسی اثرفوتوکاتالیستی لایه زیری tio2 سطح آنهارابایک نوع روغن آلوده وسپس تحت تابش نورماورای بنفش(uv)قراردادیم.این خاصیت درموردنمونه های فوق آبدوست پس از آلودگی آنها مشاهده گردید.خواص سطحی نمونه هاازجمله زبری به وسیله میکروسکوپ نیروی اتمی(afm)بررسی شدوافزایش زبری سطح لایه هاباافزایش دمای پخت مشاهده گردید.خاصیت آبدوستی لایه هابااندازه گیری زاویه تماس قطرات آب باسطح لایه هاموردآزمایش قرارگرفت ومشاهده گردیدکه باافزایش دمای پخت،بدون تابش نورماورای بنفش(uv)نمونه هافوق آبدوست شدند.بهترین دمای پخت برای فوق آبدوست شدن نمونه ها(500و600)درجه تعیین گردید.پس ازتعیین ترکیب شیمیایی سطح بااستفاده از تکنیک اسپکتروسکپی اشعه ایکس(xps)واندازه گیری های آبدوستی،عامل موثردرپیدایش اثرفوق آبدوستی لایه هاوافزایش ماندگاری آن درتاریکی حضورپیوندشیمیاییti-o-si درسطح لایه هامشخص گردید.بهترین نمونه فوق آبدوست ازلحاظ ماندگاری درتاریکی،لایه sio2 باضخامت 5نانومترروی tio2 باضخامت 79 نانومترپخت شده دردمای500درجه سانتیگرادارزیابی شد.

. در اینجا به بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی زیگزاگ که به عنوان یک کانال بین چشمه و دررو قرار داده شده پرداختیم و نحوه ی توزیع جریان در ترانزیستور های اثر میدانی را در شرایط مختلف بررسی کرده ایم. از آنجایی که سرعت خاموش و روشن شدن ترانزیستور برای ما در قطعات الکترونیکی و پردازنده های کامپیوتری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که جریان الکتریکی به خواص ساختاری نانو لوله و خواص الکتریکی مواد به کار رفته در cntfetوابسته است . می خواهیم بررسی کنیم که آیا در طراحی ترانزیستورها با توجه به مشخصه های هندسی ترانزیستور و اختلاف پتانسیلی که بین چشمه و دررو آن اعمال می شود می توان از نانو لوله ها به عنوان یک جایگزین مناسب استفاده کرد.

نانولوله گالیم نیترید آرمچیری (5و5) بر خلاف نانولوله کربنی به صورت نیمه هادی است. نانولوله-های گالیم نیترید به همان پایداری نانولوله های کربنی هستند و می توانند تحت برخی از شرایط مازاد شکل بگیرند. ویژگی گالیم نیترید نشان دهنده قابلیت این ماده برای استفاده در وسایل الکترونیکی با دما و سرعت بالا است. علاوه بر این، آنها خواص نوری جالبی نیز دارند به طوری که می توانند طول موج های ماوراء بنفش و نورآبی گسیل کنند. بر این اساس در فصل اول به بیان مطالبی در باب مروری بر فناوری نانو و ویژگی های نیمرساناها پرداخته و در فصل دوم به بررسی نظریه ی تابعی چگالی پرداخته و با استفاده از این نظریه و استفاده از آن در کد نرم افزاری siesta خواص مورد نظر حاصل می شود. در siesta، دستگاه پایه از نوع ترکیب خطی اوربیتال های اتمی و محیط مورد نیاز برای نصب و اجرای آن سیستم عامل لینوکس می باشد که این سیستم عامل از ضریب امنیتی بالایی برخوردار است. فصل سوم شامل خصوصیات گالیم نیترید و نحوه رشد دادن آن می باشد و در نهایت در فصل چهارم بعد از آشنایی با ساختار این ماده و نحوه رشد دادن آن محاسبات را در ابتدا روی نانولوله گالیم نیترید در حالت خالص متمرکز کرده و به بررسی خواص الکترونی از جمله ساختار نوار انرژی، چگالی حالت الکترونی و همچنین بررسی لایه ظرفیت و سهم اوربیتال های آن در خواص الکترونی و رسانندگی می پردازیم. در ادامه کار با افزودن ناخالصی های اکسیژن و روی، محاسبات را تکرار کرده و در نهایت به مقایسه آن ها می-پردازیم.

در این پایان نامه، خصوصیات اپتیکی فاز جدیدی از ماده گالیم نیترید (gan) به شکل نانولوله را با استفاده از محاسبات تابعی چگالی (dft) بررسی می کنیم. ساختار نانولوله گالیم نیترید مانند نانولوله کربنی پایدار و تحت شرایطی قابل سنتز می باشد. از آنجایی که نانولوله بورون نیترید و بورون کربن نیترید قبلاً به وسیله روش قوس الکتریکی در تجربه مشاهده شده است انتظار می رود که سنتز نانولوله نیتریدی دیگری مانند کربن نیترید (bn) و گالیم نیترید نیز ممکن شود. همچنین نوع فلزی و نیم رسانا بودن و گاف انرژی آنها نیز قابل اسخراج و قابل مقایسه با انواع نانولوله کربنی باشد. برای بررسی خصوصیات فوق از نرم افزار محاسباتی siestaاستفاده می کنیم که در آن از رهیافت تابعی چگالی خودسازگار که از شبه پتانسیل های بهنجار در شکل غیرموضعی کلیمن- بیلندر و ترکیب خطی عددی از مجموعه پایه های اربیتال اتمی استفاده می شود. برای برهمکنش های تبادلی و همبستگی از تقریب چگالی اسپین موضعی (lsd) و یا تقریب گرادیان تعمیم یافته (gga) استفاده می کنیم. از جمله مزایای این نرم افزار اجرای آن در محیط linux بوده که در آن از یک مجموعه بردار موج تخت به عنوان پایه برای تعیین انرژی سیستم و حل معادلات کوهن- شم استفاده می کند. سپس با در نظر گرفتن یاخته واحد نانولوله گالیم نیترید تک دیواره و همچنین پارامترهای اولیه آنها، خصوصیات الکترونی مانند چگالی حالات الکترونی، ساختار نوار انرژی و توزیع بار الکترونی را تعیین می کنیم. چنین خصوصیاتی می توانند برای طراحی ادوات الکترونیک در مقیاس نانو به دلیل کنترل روی خواص الکترونی آنها مفید باشند.

باپیشرفتهایاخیردرتکنولوژینانو،توجهزیادیبهترابردکوانتومیازساختارهایفلزعادیونیمرسانایمتصلبهابررساناشدهاست. اینتوجهبهدلیلکاربردهایممکنچنینساختارهایی درقطعاتالکترونیکیمیباشد. قطعاتالکترونیکیمعمولیبراساسشارشبارالکترون-هاطراحیمیشوند،درحالیکهقطعاتاسپینترونیکیبراساسجهتوتعداداسپین هایعبوریطراحیمی شوند. درقطعاتاسپینترونیکیمثلپیوندهایتونلیمغناطیسی،جریانقطبیدهاسپینیزمانیرخمی-دهدکهعدمتوازنیبینحاملهایاسپینبالاواسپینپایینبهوجودآید. اینعدمتوازنمی تواندبابه کارگیریمادهفرومغناطیس یااعمالمیدانمغناطیسیایجادشود. بههمیندلیلقطبیدگیو عبورشبهذراتقطبیدهاسپینیدرساختارهای ابررسانا/ نیمرسانای فرومغناطیس یکزمینهمورد توجه محققان در تحقیقات اخیر است. در این رساله، به مطالعه ی ترابرد قطبیده اسپینی در یک ساختار دو اتصالی نیمرسانای فرومغناطیس/ ابررسانا/ نیمرسانای فرومغناطیس در چارچوب نظریه bcs با استفاده ازروش بلاندر- تینکهام- کلاپویک (btk) در رژیم همدوسی می پردازیم. برای این منظور، بازتاب آندریو واثرات پراکندگی پتانسیل در فصل مشترک، ناهمگونی جرم موثر و سرعت فرمی بین فرومغناطیس و ابررسانا در نظر گرفته می شود. این اثرات بر نوسانات رسانندگی و همچنین انرژی های تشدیدی ساختار مورد نظر تاثیر می گذارد. نتایج محاسبات ممکن است در طراحی ادوات مبتنی بر مواد ابررسانا مفید باشد. در این رساله، بعد از مروری بر ابررسانایی و اسپینترونیک در فصل اول و دوم، در فصل سوم فرمولبندی و مدل مورد مطالعه را معرفی و در فصل چهارم نتایج محاسبات را بررسی و در آخر نتیجه گیری کلی و پیشنهادات ارائه می شود. کلمات کلیدی :اسپینترونیک، لایه های ابررسانا، اتصالات تونل زنی مغناطیسی، معادله بوگولیوبوف، بازتاب آندریو.

یکی از مواد جالب برای طراحی ادوات الکترونیکی در مقیاس نانو، گرافین است. گرافین ماده ای است جدید با کامل ترین ساختار بلوری که شامل یک ورقه نازک از کربن معمولی (ضخامت تنها یک اتم) است که دریچه تازه ای را در نانوتکنولوژی گشوده است. گرافین نازک ترین مادّه ای ست که قابلیّت شکل پذیری مفید را دارد. همچنین ??? برابر مستحکم تر از فولاد است و از لحاظ رسانش الکتریکی، برتر از هر نوع مادّه ای ست که در دمای اتاق وجود دارد. اندره گیم و کنستانتین نووسلوف (برندگان جایزه نوبل 2010) نشان دادند که کربن در این شکل سطح خاص، ویژگی های بسیار متفاوتی دارد که ریشه در دنیای فیزیک کوانتومی دارند. به همین علت بررسی خصوصیات مختلف از جمله چگالی بار الکتریکی القاء شده به وسیله پتانسیل های خارجی و یا ناشی از ناخالصی موجود در گرافین می تواند در تعیین حالات الکترونی و همچنین خواص ترابرد الکتریکی مهم باشد. در این پایان نامه، با استفاده از فرایندهای نظری مبتنی بر نظریه پاسخ خطی و تقریب توماس- فرمی (با الگوی نظریه تابعی چگالی) و محاسبات عددی چگالی حامل های القاء شده را در گرافین در حضور پتانسیل های خارجی در حدهای مختلف بررسی می کنیم و صحت اعتبار تقریب های مذکور مورد بحث قرار می-گیرد. نتایج استخراج شده می تواند برای طراحی ادوات الکترونیکی مبتنی بر گرافین مفید باشد.

ناهمواری سطوح، وقتی که ضخامت لایه کوچک تر از طول پویش آزاد میانگین شود، روی رسانندگی لایه های نازک اثر می گذارد. در این حالت الکترون ها از ناهمواری سطح اطلاع پیدا کرده، پراکنده شده و مقاومت اضافه ای ایجاد می کنند. مطالعه رسانش در این حالت، در محدوده ی مکانیک کوانتومی بوده و در چهار چوب تقریب بورن با توانی از ضخامت متناسب است. در این پایان نامه، با در نظر گرفتن سطوح ناهموار به عنوان یک فرکتال خود- متناسب، رابطه ی رسانندگی الکتریکی لایه ی نازک فلزی با دو مرز ناهموار بر حسب ضخامت آن نشان داده می شود. با استفاده ی معکوس از این تئوری، و اندازه گیری رسانندگی الکتریکی از روش های تجربی، می توان روشی ساده برای تخمین ضخامت لایه های نازک فلزی ارائه داد. و در نهایت، با عبور جریان متناوب از لایه نازک، به ظهور اثرات خازنی سطح ناهموار اشاره می شود.

در سال های اخیر تجهیزات الکترونیکی مبتنی بر تک مولکول ها مورد توجه زیادی قرار گرفته است. یکی از این مولکول ها، مولکول pnqn است. علاوه بر این مولکول، زنجیره ی کربنی و پلی استیلن نیز می توانند در ادوات نانوالکترونیک به کار روند. ما رفتار این مولکول ها را در حالت سوئیچ بین دو الکترود نانولوله کربنی آرمچیر (5‚5) بررسی کردیم. در این پایان نامه خواص ترابرد الکتریکی این سیستم ها که شامل عبوردهی الکتریکی، چگالی حالات وجریان است بررسی شده است. برای بررسی ترابرد از رهیافت تابع گرین با تقریب نزدیک ترین همسایه ی اول در مدل بستگی قوی استفاده کردیم و اثر الکترودها را با استفاده از تکنیک تابع گرین بازگشتی به صورت خود انرژی در تابع گرین سیستم در نظر گرفتیم. سپس با رسم نمودارهای مربوطه، به تحلیل وتفسیر فیزیکی آنها پرداختیم.

در این مقاله، اثر مقدار ناخالصی مغناطیسی یون mn ، میدان مغناطیسی و دما بر روی ماده ی نیمه رسانای مغناطیسی رقیق (cd, mn)te که به فرم نقطه کوانتومی کروی می باشد بررسی می شود. مشاهده شده است (1) پایین ترین انرژی قیدی نسبت به شعاع نقطه کاهش می یابد (2) انرژی یونش هنگامی که اثرات بر همکنش اسپینی در نظر گرفته می شود بزرگ تر است (3) با افزایش غلظت یون مغناطیسی انرژی یونش افزایش می یابد (4) تغییرات مغناطش با میزان غلظت یون مغناطیسی و میدان مغناطیسی رابطه مستقیم و با افزایش دما رابطه عکس دارد.

مقدمه گرافین به عنوان یک ماده کربنی دو بعدی با ساختار شش وجهی وجزئیات الکتریکی غیر عادی و رسانندگی گرمایی خوب ،توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این ماده اولین بار بوسیله یک گروه در دانشگاه منچستر در سال 2004کشف شد.قبل از این کشف (گرافین خالص)از نظر تئوری عقیدهای به وجود آن در طبیعت نداشتند.پیش بینی می شد که کریستالهای دو بعدی بطور ترمودینامیکی ناپایا هستند و خودبه خوداز هم پاشیده می شوند و یا به ساختار سه بعدی تبدیل می شوند. با بررسی گرافین به نتایج جالبی رسیدند که یکی از آنها طیف پاشندگی انرژی خطی در گوشه های منطقه بریلوئن به جای پاشندگی انرژی سهموی در نیم رساناهای متقارن بود که الکترونها در مجاورت این نقاط دارای خاصیت نسبیتی بودند و از معادله دیراک بی جرم تبعیت می کردند. تابع دی الکتریک لیندهارد برای تقریب فاز اتفاقی ،rpa روشی است که به بررسی پاسخ خطی دینامیکی الکترون در سیستم های الکترونی می پردازد.در این روش فرض می شود که الکترونها تنها به یک پتانسیل الکتریکی پاسخ می دهند که این پتانسیل جمع پتانسیل برایند است.این روش برای سیستم هایی که 1>r_s دارند مناسب است و ازآنجایی که در گرافین 0.87=r_s است نشان می دهد که گرافین یک سیستم با برهم- کنش ضعیف است و این روش مناسبی برای مطالعه آن می باشد. از طرفی پلاسمونها ، چگونگی ارتباط و محدود بودن میدان الکترومغناطیسی به ابعادی از مرتبه طول موج را بررسی می کنند که اساس آن برهم کنش بین تابش الکترومغناطیس و الکترونهای رسانش موجود در فصل مشترک دو جسم می باشد، به دو دسته پلاسمون پلاریتون سطحی و پلاسمون جایگزیده تقسیم بندی می شوند.پلاسمون سطحی برای فلزاتی مثل طلا ونقره در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی و برای گرافین ،در ناحیه تراهرتز هستند . فرکانس های نوسانات طولی از صفرهای تابع دی الکتریک تعیین می-شوند.زیرا طبق رابطه d=e? در صورتی که با وجود میدان ،d صفر شود به این معنی است که ?(تابع دی الکتریک )باید صفر باشد وحاصل این ?=0 ، بسامدهای پلاسمونها است.یعنی با این کار ما بسامدی که الکترونها به طور دسته جمعی حرکت می کنند را پیدا می کنیم. در مواد محلی معمولی پلاسمونها فرکانس های ثابتی دارند ولی در گرافین که یک ماده غیر محلی است فرکانس پلاسمونها با بردار موج تغییر میکند.در نتیجه ما با حل0 =( ? (q,?بردار موجی وبسامد پلاسمون را می یابیم. بررسی انتقال گرمایی پلاسمونی در فواصل کم ،نشان می دهد که فقط امواج ناپایدار در آن موثرند و این زمانی رخ می دهد که حتما جسم دومی در فاصله کم از جسم اول وجود داشته باشد که این امواج را در یافت کند و بتواند در گسیل گرما بین دو جسم سهیم باشد .در غیر این صورت امواج ناپایدار به جسم اول برگشته و در انتقال گرما شرکت نمی کنند. ما در این مجموعه در فصل اول به آشنایی با گرافین و محاسبه طیف پاشندگی آن در گوشه های منطقه بریلوئن می پردازیم .در فصل دوم به معرفی تابع پلاریزیشن و ارتباط آن با تابع دی الکتریک ، در فصل سوم به آشنایی با پلاسمون ها و بررسی رسانندگی گرمایی پلاسمونی در گرافین می پردازیم . در این پروژه رسانندگی گرمایی پلاسمونی دو جسم دی اکسید سیلیسیوم که در فاصله در حد انگستروم از هم قرار دارند ودر یک سو با لایه ای از گرافین پوشیده شده است مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق به بررسی اثرتغیر چگالی ذرات و تغیر زیر لایه بر روی نمودارپلاسمون نیز پرداختیم.

بالاخره در فصل چهارم ابتدا به معرفی اجمالی از خواص و ویژگی های نانولوله های اکسید روی پرداخته شده است و در ادامه نانو لوله های ایزوله دودیواره اکسید روی همچنین باندل این نانو لوله های دو دیواره را مورد بررسی قرار داده و به معرفی خواص ساختاری والکتریکی این دو گروه از نانو لوله ها و تفاوت های آنها که مهمترین آن ، تفاوت در باند گپ آنها بود پرداخته شده است.در آخر با اضافه کردن ناخاصی هایی به صورت نانو زنجیره همچنین نانو ذره به باندل نانو لوله اکسید روی خواص جالب این ترکیبات را بررسی نموده ایم .ناخالصی ای که در این پژوهش انتخاب کردیم لیتیم بود ، بااضافه نمودن نانو زنجیره ونانو ذره لیتیم به باندل نانو لوله دو دیواره اکسیدروی شاهد گذار فازی این سیستم از نیمه رسانایی به فلزی بودیم همچنین افزودن نانو ذره لیتیم به این سیستم باعث خواص مغناطیسی شد در حالی که ساختار خالص آن غیر مغناطیسی بود .مهمترین کاربرد لیتیم در ساخت باتری های لیتیمی در صنایع الکترونیکی است که به علت میل بالای ترکیب واکسیده شدن لیتیم ، به تنهایی قابلیت کاربری ندارد وکپسوله کردن آن در درون باندل نانو لوله ها ی دودیواره اکسیدروی روش مفیدی برای کاربرد بهینه آن است نتایج حاصله از این پژوهش که برای اولین بار انجام گرفته است می تواند در ساخت این گونه باتری ها مفید واقع شود.

ما قصد داریم اثر انواع توزیع های کرنش سطحی بر روی خواص مغناطیسی سیستم های گرافین دارای تهی جای را بررسی نماییم. ما از روش محاسبات اصول اولیه و نظریه ی تابعی چگالی استفاده کرده، و شبیه سازی های خود را با کمک نرم افزار محاسباتی vasp انجام داده ایم. برای این منظور، چند سیستم گرافین دارای خوشه های تهی جای را به طور قراردادی نام گذاری کرده و انواع توزیع های کرنش سطحی با شدت های مختلف را در سه دسته ی توزیع های کرنش متقارن، نامتقارن موازی با پیوندهای کربن - کربن و نامتقارن عمود بر پیوندهای کربن- کربن به آن-ها اعمال کرده ایم. برای هر یک از این حالت ها، نمودار چگالی حالات اسپین های بالا و پایین را رسم نموده و مقادیر عددی گشتاور مغناطیسی به دست آمده را نیز گزارش داده ایم. مشاهده خواهیم کرد که اعمال انواع توزیع های کرنش به هر یک از این سیستم های ناکامل گرافینی، تصحیحاتی را در گشتاور مغناطیسی به وجود می آورند که نتایج حاصله، بسته به آرایش تهی جای ها در سیستم، نوع کرنش اعمال شده و شدت آن ها متفاوت است.

امروزه تکنولوژی لایه های نازک در صنایع متالورژی، از رشد بسیار بالایی برخوردار است. اصولا لایه های متالورژیکی که از این طریق ایجاد می شوند، به منظور بهبود کارایی و افزایش طول عمر انواع وسایل و ابزارهای برشی، قالب ها و پره های توربین های گازی و همچنین کاهش سایش در بلبرینگ ها مورد استفاده قرار می گیرند. عمده ترین ویژگی های فیزیکی و شیمیایی این لایه ها عبارتند از : الف) سختی بسیار بالا ب) دمای ذوب بسیار بالا ج) مقاومت در برابر واکنش های شیمیایی در این میان نیتریدهای فلزی، بدلیل دارا بودن خواص فوق العاده بسیار مورد توجه قرارگرفته اند و کاربردهای فراوانی در ایجاد لایه های مقاوم به سایش در سطح ابزارهای برش دارند. این نیتریدها می توانند ترکیباتی دو یا چندگانه باشند که به تنهایی و یا به صورت ترکیبی از چند نیترید به کار می روند. در بین پوشش های سخت محافظ، نیترید تیتانیوم ترکیبات آن از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند. این پوشش ها بدلیل سختی بالا، مقاومت بالا در برابر سایش، نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی و ترمودینامیکی، ضریب اصطکاک پایین و هدایت الکتریکی بالا کاربرد گسترده ای در صنعت دارد. انباشت پوشش های نیترید فلزی و یا ترکیبات آن بر سطوح ابزارها و اجزاء ماشین-آلات معمولا موجب بهبود سختی، سایش، مقاومت خوردگی و افزایش طول عمر مفید قطعات می-شود و همچنین به دلیل رنگ طلایی آن به عنوان پوشش حفاظتی و تزئینی مورد استفاده قرار می-گیرد. تاکنون روش های متعددی برای ساخت فیلم های نازک نیترید تیتانیوم از قبیل روش انباشت فیزیکی بخار و روش انباشت شیمیایی بخار گزارش شده است. روش های pvd شامل روش کندوپاش واکنشی با جریان مستقیم و روش پوشش دهی یونی می باشد. دراین تحقیق لایه های tin وtin-cu به روش رسوب فیزیکی بخار و با سیستم پوشش دهی یونی و با استفاده ازتفنگ تخلیه کاتدی (gun–hcd) مدل ????– dlkd دردمای c? 35? برروی استیل ?16 به منظور افزایش سختی انباشت شده اند و تلاش شده است خواص ساختاری و فیزیکی و همچنین خواص مکانیکی (سختی) پوشش های tin وtin-cu مورد بررسی قرار بگیرد. این سیستم اغلب برای ایجاد پوشش های سخت و فوق سخت از فلزات دیرگداز و یا ترکیبات آنها استفاده می شود. لذا این سیستم لایه نشانی را می توان در پوشش دهی قطعات و ابزار آلات مورد نیاز در صنایع مختلف که به نوعی درگیر هستند و تحت تنش های مکانیکی قرار دارند و یا در معرض خوردگی و سائیدگی هستنند استفاده کرد. جهت مشخصه یابی نمونه ها از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) جهت بررسی مورفولوژی، ازآنالیزتفرق اشعه ایکس(xrd) برای تعیین فازهای کریستالی و از میکروسکوپ نیروی اتمی (afm) برای تعیین زبری سطح استفاده شده است. اندازه گیری ضخامت به روش طیف پس پراکندگی رادرفورد(rbs) ، اندازه گیری نانوسختی و ضریب الاستیسته (مدول یانگ) به روش دندانه گذاری نانویی، برای شناسایی حالت شیمیایی گونه های سطحی و تعیین حالت های اکسیداسیون اتم های فلزی در لایه های سطحی از طیف نگاری فتوالکترون اشعه ایکس(xps) و آنالیز طیف سنجی تفرق انرژی اشعه ایکس (edx) برای تعیین کمی عناصر ترکیب انجام گرفت. نتایج نشان داده اند از نظر خواص کریستالوگرافی و نیز سختی بهترین نتیجه در بایاس v30- به دست آمده است. بطوریکه در این شرایط سختی نمونه gpa 31 و فاز tin بصورت تک کریستال رشد کرده است. با افزودن مس به لایه tin در بایاس v30- از سختی آن و نیز از شدت پیک tin کاسته شده است.آنالیز xps نشان داد که مس بر روی سطح نه بصورت نفوذ در ساختار کریستالی tin بلکه بصورت دانه های مجزا که با افزایش غلظت مس اندازه دانه افزایش می یابد رشد کرده است.

نیمه رساناهای(mg2si, mg2ge) نقش مهمی در تکنولوژی دارند. با استفاده از پارامترهای کشسانی بلور، اطلاعات ارزشمندی در مورد پیوند اتمی و پایداری ساختار می توان به دست آورد. در این پایان نامه خواص الکتریکی و مکانیکی ترکیبات (mg2si, mg2ge)با استفاده از نظریه ی تابعی چگالی، مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامتر بهینه ی شبکه و ثابت های کشسانی مستقل، با استفاده از کد نرم افزاری wien2k و تقریب شیب تعمیم یافته به دست آمده است. برای بررسی خواص ساختاری و الکترونی ترکیبات (mg2si, mg2ge) چگالی حالت های کلی و جزیی و همچنین ساختار نواری این ترکیبات در تقریب های gga و mbj بررسی شدند. در تقریب gga گاف انرژی برای mg2si و mg2ge به ترتیب برابر با 26/0 و 143/0 الکترون- ولت و در تقریب mbj به ترتیب53/0 و 58/0 الکترون- ولت به دست آمد. آنالیز ساختار نواری و چگالی حالت های کلی و جزئی نشان داد که ترکیبات mg2si و mg2ge نیمه رسانا با گاف نواری غیر مستقیم هستند. محاسبات نظری برای برآورد خواص کشسانی این ترکیبات انجام شده است و ثابت های شبکه-ی به دست آمده، تطابق خوبی با مقادیر محاسبه شده ی دیگران دارد. برای محاسبه ی مدول حجمی، مدول برشی، مدول یانگ و ضریب پواسون، از تقریب voight-reuss-hill استفاده شده است. پارامتر ناهمسانگرد زینر و رفتار مفتول شدگی/ شکنندگی این ترکیبات نیز بررسی شد. نتایج حاکی از همسانگردی این ترکیبات است هرچند مقادیر پارامتر زینر برای این ترکیبات نشان می دهد که ترکیب mg2ge نسبت به mg2si همسانگردتر است. سرعت های تراکمی، حجمی، برشی و میانگین سرعت موج و نیز دمای دبای این ترکیبات محاسبه شده اند.

به تازگی گروهی از محققان لابراتوار ملی منابع نوری پیشرفته دانشگاه کالیفرنیا در ساندیگو که نتایج تحقیقات خود را در مجله "نیچر فیزیک" منتشر کرده اند موفق شدند ویژگیهای غیر منتظره ای گرافیت را از دیدگاه هدایت جریان برق و جذب پرتوها کشف کنند. این محققان در این خصوص توضیح دادند: "گرافیت از سالها قبل به عنوان یک ماده نیمه رسانا شناخته می شد اما گرافین هیچ شباهتی به نیمه رساناهای فعلی ندارد. بعضی از خواص عجیب این ماده به نوع بلور کربنی آن بستگی دارد. کربن چهار الکترون دارد که از این تعداد تنها سه الکترون در پیوندهای این مولکول شرکت می کنندو به این دلیل گرافین یک ساختارسه بعدی دارد.به نظرمی-رسد که الکترون چهارم آزادانه در فواصل طولانی و بدون برخورد با دیگر الکترونها حرکت می کند. این خاصیت سبب می شود که ویژگی نیمه رساناها از ده تا صد برابر نسبت به مواد سنتی افزایش یابد." این دانشمندان با بررسی گرافین با پرتوهای مادون قرمز مشاهده کردند که این ماده از میزان جذب بسیار بالای پرتوها برخوردار است درحالی که براساس مدل الکترونهای مستقل پیش بینی می شد که این ماده نباید هیچ نوع جذبی داشته باشد. همچنین سرعت الکترونها ثابت نبود و به انرژی حرکت بستگی داشت. به گفته محققان آمریکایی، این اطلاعات می تواند فرضیه های جدیدی را در استفاده از گرافن در فناوری نانوالکترونیک ارائه کند.گرافین یکی ازترکیبات کربنی است که ازآرایش دوبعدی اتمهای کربن به وجود آمده است.اتمهای کربن در گرافین دارای هیبرید sp2هستند که از ترکیب یک اربیتال sودو اربیتالp تشکیل شده اندو به دلیل آزاد بودن یک الکترون در سومین اربیتال p، دارای رسانندگی الکتریکی می باشد . وجود این تک اربیتال p غیرهیبریدی به گرافین به عنوان یک تر کیب کربنی اهمیت خاصی بخشیده است از ویژگیهای جالب گرافین می توان به انعطاف پذیری،استحکام و نازک بودن اشاره کرد که به همراه هدایت الکتریکی بالا موجب شده تا این ماده پتانسیل بالایی در صنعت الکترونیک داشته باشد. همچنین به تازگی محققان آمریکایی به بررسی رفتارهای الکترونیکی گرافین پرداختند . هدف آنها بررسی پاسخ حاملین بار در جاهایی که ناخالصی وجود دارد،بود نتایج کارآنها نشان دادکه برهم کنش الکترون –الکترون در تعیین خواص غیر عادی گرافین نقش حیاتی دارد.به علت آنکه بررسی گرافین ومساله بررسی اثر بر هم کنش الکترون –الکترون بر خواص الکتریکی و اپتیکی مورد توجه زیادی قرار گرفت ما برآن شدیم هدایت الکتریکی واپتیکی گرافین ودیگرترکیبات نانومتری را با یکی از ساده ترین مدل ها که مدل هابارد است بررسی کنیم. مدل هابارد یک مدل مهم در فیزیک ماده چگال نظری وبه ویژه در نظریه سیستم های الکترونی همبسته قوی است .بخشی از گذار فازهای رایج در فیزیک بس ذره ای از قبیل گذار فاز مغناطیسی و الکتریکی به وسیله ی این مدل توضیح داده می شود. در این مدل علاوه برانرژی جنبشی الکترونها،برهمکنش روی جایگاهی الکترونهانیزلحاظ می شودومدل هابارد براساس کوانتش دوم نمایش داده می شود همانطورکه میدانیم در کوانتش دوم،میدان ها به صورت عملگر در نظر گرفته می شوند و حالت ها براساس عملگرهای آفریننده و نابودکننده ذره نوشته می شود.دراین مطالعه مدل تنگابست برای بیان انرژی جنبشی الکترونها لحاظ کرده ایم همانطور که می دانیم در فیزیک حالت جامد،مدل تنگابست یک تقریب برای محاسبه ی ساختار نواری می باشد .مدل تنگ بست ،یک مدل مکانیک کوانتومی را برای توصیف ویژگیهای الکترونهای مقید در جامد پیشنهاد می-دهد.الکترونها در این مدل قویا مقید به اتمی هستندکه به آن تعلق دارنداز لحاظ برهمکنش با حالات ها و پتانسیل اتمهای اطراف در جسم جامد محدود هستند.بنابراین تابع موج الکترون مشابه بااربیتالهای اتمی در همان اتم مربوطه میباشد.کمیت دیگری که در این پایان نامه مورد بررسی قرار می گیرد خواص نوری گرافین و دیگر ترکیبات نانو متری است که برای بررسی این خواص از تابع دی الکتریک عرضی استفاده می کنیم.تابع دی الکتریک به گونه حساسی به ساختارنواری الکترونی بلوربستگی دارد،وبررسیهای تابع دی الکتریک با استفاده از طیف نمایی اپتیکی در تعیین ساختار نواری کلی بلور بسیار سودمند است.در حقیقت طیف نمایی اپتیکی در دهه اخیر به عنوان مهمترین وسیله تجربی برای تعیین ساختار نواری گسترش یافت وبه ترتیب بررسی جذب اپتیکی به معنای مطالعه ی بخش موهومی ثابت دی الکتریک و ضریب شکست اپتیکی به معنای مطالعه ی بخش حقیقی ثابت دی ا لکتریک می باشد.در این مطالعه ما با در نظر گرفتن یک نظم پایه مغناطیسی این ترکیبات بصورت وجود مغناطش یا مغناطش"متناب نا صفردر حالت پادفرومغناطیس” طیف برانگیختگی دستگای رامحاسبه کرده ایم.پس از آن به مطالعه رفتار چگالی حالات برای گرافین ودیگرترکیبات نانومتری پرداخته ایم.از نظریه قانون طلایی فرمی که به بیان کوانتومی اهنگ جذب نورتحت هامیلتونی وابسته به زمان اندرکنش نور-ماده منجرمی شود رسانش دینامیکی مستقیم را محا سبه کرده ایم که این رسانش به طیف ویژه مقادیر هامیلتونی دستگاه و پتانسیل شیمیایی گاز الکترونی وابسته است.نمودارهای رفتار جذب نوری تا حدودی وضعیت شکاف انرژی را مشابه با رفتار چگالی حالات نشان می دهد. همچنین با گرفتن حد فرکانس به سمت صفر رسانش دینامیکی نوری رابطه ی برای رسانش ایستای ترکیبات به دست آوردیم که رفتار نمایی برای این کمیت گواه وجود گاف انرژی در طیف دستگاه مربوطه می باشد.

در این کار ما به مطالعه خواص ترابرد الکتریکی وابسته به اسپین در یک سه لایه ای مغناطیسی می پردازیم. اتصالات تونلی (mtj) بعلت داشتن ویژگی های منحصر به فرد ازجمله مقاومت مغناطیسی (tmr) بالا مورد توجه قرار گرفته اند. ساختار مورد بررسی به طور خاص fe-mgo-fe می باشد که به واسطه وجودfe بعنوان یک فرومغناطیس شاهد تغییر در انرژی الکتروستاتیکی ساختار باتغییر در حالتهای اسپینی اتم های مجاور بوسیله کوپل شدن حالت های فلزی به نوارهای موهومی 1? و 5? درحالت های موازی و پادموازی خواهیم بود. mgo نیز یک عایق بلوری است که به عنوان یک فیلتر متقارن در ساختار بکار می رود؛ این ساختاربه دلیل کاربردهای پتانسیل در حافظه های مغناطیسی تصادفی (mram)و حسگرهای میدان مغناطیسی بسیار مفید است و می تواند در طراحی ادوات اسپینترونیکی مورد کاربرد قرارگیرد؛ در عمل این مزیت تحت عنوان مقاومت تونلی تعریف می شود. از آن جا که شرط لازم برای ایجاد ترابرد در یک ماده آشفتگی در تابع توزیع آن است، خواص ترابرد الکتریکی را به روش کوانتومی با رهیافت تابع گرین غیرتعادلی بررسی می کنیم. عدم تعادل در ساختار فوق ناشی از اعمال ولتاژ، تغییر ضخامت طولی قطعه و اعمال گرادیان های دمایی می باشد. در ابتدا در چارچوب بستگی قوی ساختار را در نظر گرفتیم؛ از آن جا که بین مقادیر پیش بینی شده در روش های بس ذره ای و روش های تجربی تنگ بست اختلاف وجود دارد، ساختار فوق را به روش kkr (کورینگا-کان-روستوکر)، نیز بررسی کرده و و وابستگی مقاومت مغناطیسی تونلی به ولتاژ و ضخامت سد را مطالعه کرده ایم.

درفصل نخست به مروری کوتاه بر شناخت کربن و اشکال مختلف آن در طبیعت و کاربرهای آن مورد نیاز دراین تحقیق می پردازیم. از بخش های مهم این فصل معرفی گرافین است ، یک شبکه دو بعدی که الکترون های آن با سرعت زیادو جرم صفر که از یک صفحه از اتمهای کربن به ضخامت یک اتم ، که در قالب یک شبکه ی شش گوشی به ھم متصل شده اند. وجود گاف نواری صفر کاندیدای مناسبی در آینده به جای سیلیکون خواهد بود. در فصل دوم با هامیلتونی گرافین ونحوه استخراج این هامیلتونی و همچنین چگالی حالات گرافین آشنا می شویم. فصل سوم اختصاص به اثر فرومغناطیس و ابررسانا برروی گرافین داشته و هامیلتونی گرافین فرومغناطیس شده و همچنین گرافین ابررسانا شده را با استفاده از مدل bcs به دست می آوریم با استفاده از ماتریس هامیلتونی بوگولیوبف2 درفصل چهارم که هدف اصلی این تحقیق را تشکیل می دهد ابتداهامیلتونی اتصال گرافین فرومغناطیس و گرافین ابررسانا را به دست می آوریم سپس با اعمال شرایط مرزی برروی توابع موج در منطقه خط اتصال، ضرایب بازتاب آینه ای3 و بازتاب برگشتی آندریف4 و ضرایب عبور الکترون و حفره را محاسبه می کنیم و نشان می دهیم ضریب عبور الکترون وابسته به اسپین الکترون وانرژی گاف ابررسانای5 و همچنین انرژی تبادلی دارد

از دلایل توسعه پذیر بودن روشهای رسوب بخار شیمیایی (cvd) ، می توان به توان تولید لایه هایی با تنوع زیاد، به صورت فلز و هم چنین نیمه رسانا و نیز لایه هایی با ترکیبات آلی و غیر آلی و دارای خواص مطلوب را اشاره کرد.در این پروژه دو روش کلی زدایش یا همان سونش خشک و تر مقایسه شده است چرا که صنایع الکترونیک نیازمند روش جدیدی می باشند که علاوه بر اینکه میزان آلودگی آن کم باشد به محیط زیست نیز آسیب نرساند به علاوه بتواند پروسه های با کیفیت بالایی را تولید کند.تستهایsemو afm وایدکس بر روی نمونه های تولید شده با هر دو روش زدایش گرفته شده است و همه بیانگر این مطلب می باشد که نمونه هایی که با روش زدایش خشک و توسط روشplasma etching بدست امده است کارآمدتر میباشد از سایر نمونه ها.

باافزایش فعالیتهای صنعتی پساب های بسیاری از صنایع مانند کارخانه های چرم سازی، تولید مواد شیمیایی، باطری سازی و غیره که حاوی فلزات سنگین و سمی وغیر قابل تجزیه بیولوژیکی در محیط زیست می باشند باعث بیماریهای مختلفی شده وخطرات جدی برای سلامت انسان به وجود آورده است. آلودگی فلزات سنگین، به دلیل خطرناک بودن آنها برای انسان ها وسیستم های طبیعی یکی از مهمترین مشکلات مهم زیست محیطی می باشد. پساب های صنعتی اغلب شامل مقادیر قابل توجهی از عناصر سمی و خطرناک مانند آرسنیک، سرب، کروم، سلنیوم، کادمیم، مس وغیره می باشند، که در صورت عدم کنترل مناسب آنها از لحاظ زیست محیطی، خطرات جبران ناپذیری را به دنبال خواهد داشت. این خطرات مراکز تحقیقاتی علمی و دانشگاه ها را ملزم می سازد تا به دنبال روش های اقتصادی و موثر جدیدی برای شناسایی وحذف آلاینده های سمی باشند. تا به امروز روشهای مختلفی برای تصفیه پسابها به کار برده شده به عنوان مثال روشهای ترسیب شیمیایی، تبادل یونی، روشهای غشایی، اسمزمعکوس، استفاده از نانوذرات مغناطیسی و غیره از جمله روشهایی هستندکه جهت تصفیه آب وفاضلاب وتشخیص-آلاینده هاتوسعه داده شده اند؛ ولی روش حذف بیولوژیکی به عنوان گزینه ای که هم اقتصادی بوده و هم سازگار با محیط زیست می باشد مورد توجه قرار گرفته است.تصفیه بیولوژیکی دارای مزایایی از قبیل پایین بودن هزینه راهبری، پایین بودن حجم لجن بیولوژیکی وشیمیایی دفعی، راندمان بالا، قابلیت احیا جرم بیولوژیکی و بازیافت فلزات سنگین است. در این راستا، با توجه به اینکه یکی از مشکلات اساسی در استفاده از انواع جاذبها، جداسازی آنها از محیط بعد از استفاده می باشد، یکی از بهترین گزینه ها برای رفع این مشکل استفاده از نانو ذرات مغناطیسی می باشد. در پژوهش حاضر جاذب بیولوژیکی کنگر با نانو ذرات مغناطیسی ساخته شده به روش هم رسوبی اصلاح شد. و اثر پارامترها و روشهای مختلف برروی خواص مغناطیسی و جذب آن بررسی شد. همچنین جذب بیولوژیکی یون فلزی کادمیم(?) با استفاده از جاذب بیولوژیکی کنگر وکنگر اصلاح شده با نانو ذرات مغناطیسی به صورت تابعی از غلطت اولیه یون فلزی، ph، دوز جاذب و زمان در یک سیستم ناپیوسته انجام گرفت. درصد حذف بهینه کادمیم(?) بر روی جاذب کنگر وکنگر اصلاح شده به ترتیب100و98.26 درصد در 7ph=، و دوزجاذب 25 میلی گرم و غلظت اولیه بهینه برای جاذب بیولوژیکی کنگرppm40 وبرای کنگر اصلاح شده ppm60 وبه ترتیب در زمان 200 و100 دقیقه به دست آمدند.

نانو ساختار گرافین یک نیمه رسانا با گاف انرژی صفر در تراز فرمی است. این ویژگی، منجر به ایجاد خواص الکتریکی و اپتیکی منحصر به فردی می گردد که در وسایل الکترونیکی با دما و سرعت بالا استفاده می شود. بر این اساس در فصل اول به بیان مطالبی در مورد فناوری نانو و ویژگی دستگاه های نیمه رسانا، رسانا و عایق پرداخته و در فصل دوم نظریه تابع چگالی را مورد بررسی قرار می دهیم. همچنین برای انجام محاسبات از کد نرم افزار siesta استفاده شده است، که بر پایه نظریه تابع چگالی استوار می باشد. در siesta ، دستگاه پایه از نوع اوربیتال اتمی است و محیط مورد نیاز برای نصب آن سیستم عامل لینوکس می باشد، که دارای ضریب امنیتی بالایی می باشد. در فصل سوم نیز به ساختار گرافین پرداخته شده و در نهایت در فصل چهارم بعد از آشنایی با ساختار ماده و بررسی ایجاد نقص و آلایش در گرافین، به بررسی بر همکنش بین گرافین های مختلف ( ازجمله گرافین اولیه وگرافین ناقص و گرافین آلایش یافته نوع n,b) و مولکول های گازی کوچک (co, no, no2, nh3) پرداختیم. و به بررسی خواص الکترونیکی از جمله، چگالی حالات الکترونیکی، ساختار نوار انرژی و همچنین بررسی لایه ظرفیت و سهم اوربیتال های آن در خواص الکترونیکی و رسانندگی پرداخته شده است.

امروزه در گروه پلیمر های زیستی ، انتظار می رود dna یک نقش برجسته در ساختار مولکول سیم الکتریکی داشته باشد. بر این اساس dna را به عنوان یک نانو مولکول سیم الکتریکی، در میان دو الکترود، با پتانسیل الکتریکی مشخص در نظر گرفته ایم. طبق تحقیقات انجام شده، مولکول dna را می توان در چهار ساختار ملکولی ساده(مدل یک بعدی، مدل دو رشته ای، مدل استخوان ماهی، مدل نردبانی) شبیه سازی کرد و هامیلتومی مربوط به این رشته مولکولی را طبق روش تنگ بست محاسبه کرد. روش ما بر اساس تابع گرین و بستگی نزدیکترین همسایه ها(طبق روش تنگ بست)در اتصالات سیم مولکول است، که می تواند برای محاسبه رسانندگی در سیم مولکول های dna ساخته شده مورد استناد قرار بگیرد. به همین منظور هر مدل ساده شده شبیه سازی شده dna در میان دو الکترود از رسانای نیم متناهی با ولتاژ بایاس مشخص قرار می¬ دهیم. نمودارهای ترابرد الکتریکی بر حسب انرژی الکترون، چگای حالت الکترون بر حسب انرژی الکترون و نمودار جریان عبوری بر حسب ولتاژ دو سر الکترود ها با کمک کد برنامه های متلب، رسم و مورد بررسی و مقایسه قرار می¬ دهیم. همچنین به بررسی ویژگی های گرمایی و تعیین ضریب سیبک و رسم نمودارهای آن می پردازیم.

در این تحقیق به ساخت و مطالعه ی ویژگی های ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت منگنز آلایش داده شده با کروم به جای آهن به روش آسیاب گلوله ای می پردازیم. جهت بررسی بهتر خواص اشاره شده، ماده مورد نظر را با میزان آلایش های مختلف( 0-25/0-5/0و 75/0) تهیه کردیم و برای این منظور از نیترات آهن (fe(no3)3 9h2o)، نیترات منگنز (mn(no3)2 4h2o)، استات کروم (cr(ch3coo)3 ) و اسید سیتریک (c6h8o7.h2o) جهت ساخت نمونه ها استفاده کردیم. سپس با استفاده از آزمایش های مختلف از جمله پراش پرتو x (xrd) میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fesem) و مغناطش ارتعاشی (vsm) و پذیرفتاری¬سنج مغناطیسی متناوب به مطالعه¬ی ویژگی¬های مواد ساخته شده پرداختیم که به نتایج زیر رسیدیم: نتیجه تحلیل xrd نشان داد که نمونه¬های ساخته شده ساختار فریت اسپینلی دارند و تشکیل فاز فریت منگنز به وسیل? تحلیل قله¬های پراش تأیید شد. همچنین انداز? بلورک¬ها با استفاده از معادل? شرر حدود 4 تا 5/4 نانومتر بدست آمد. و دریافتیم که با افزایش میزان آلایش، انداز? بلورک¬ها کاهش پیدا می¬کنند. ولی تصاویر fesem آگلومری (کلوخگی و بهم چسبیدن) ذرات ساخته شده را نشان داد که انداز? کلوخه¬ها حدود 50 نانومتر و بیشتر تشخیص داده شد. اندازه¬گیری مغناطش نمونه ها نشان داد که با افزایش میزان آلایش کروم به جای آهن، مغناطش کاهش داشته است. با بررسی پذیرفتاری مغناطیسی متناوب نمونه¬ها به این نتیجه رسیدیم که مواد ساخته شده ابر شیشه اسپینی با برهمکنش زیاد هستند.

پایان نامه حاضر به مطالعه و بررسی مقاومت مغناطیسی تونل زنی در نانو ساختار نامتجانس gaas/ gamnas مبتنی بر نیمرسانای مغناطیسی رقیق در حضور میدان مغناطیسی خارجی و همچنین بایاس اعمالی خارجی به صورت تئوری می پردازد .محاسبات در مدل الکترون تقریبا آزاد (جرم موثر) ودر چهارچوب تئوری ماتریس انتقال در رژیم همدوسی صورت گرفته است

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

موضوع ترابرد الکتریکی، ترموالکتریکی و ترمومغناطیسی یکی از موضوعات مهم در علم نانوترموالکترونیک می باشد. با دانستن هر چه بیشتر خواص ترمومغناطیسی مواد، می توان تحولات اساسی در صنعت الکترونیک ایجاد کرد و باعث طراحی دقیقتر و بهتر ادوات الکتریکی اپتوالکترونیکی وابسته به اسپین در مقیاس نانو شد. اندازه گیری کمیت های ترموالکتریکی مانند توان ترموالکتریک، در ساختارهایی با ابعاد پایین، به دلیل کاربرد فراوانشان در ادوات نانوالکترونیک، توجه بسیاری از محققین را جلب کرده است. برای بدست آوردن خصوصیات ترموالکتریکی مواد، روش های مختلفی وجود دارد. ما روش نیمه کلاسیکی بولتزمان را انتخاب کرده-ایم. زیرا پیچیدگی روش های کوانتومی را ندارد ولی با نتایج تجربی سازگار است. برای حل معادله ی بولتزمان، از تقریب زمان واهلش استفاده کردیم. بر اساس اینکه اعمال میدان الکتریکی در چه جهتی باشد، در جهت موازی با صفحات مشترک بین لایه ها یا عمود بر لایه-ها، معادله ی بولتزمان را حل کرده و تابع توزیع غیرتعادلی را بدست آوردیم. در مرزها، برای توابع توزیع، شرایطی برقرار است که به احتمال عبور و بازتاب از سطوح مشترک و میزان صیقلی بودن این سطوح بستگی دارد. (احتمال عبور و بازتاب را از طریق ماتریس انتقال محاسبه می شود.) با بدست آوردن تابع توزیع غیرتعادلی می-توانیم جریان الکتریکی و جریان حرارتی، یا به بیان دیگر رسانش الکتریکی و رسانش حرارتی را محاسبه کنیم. ما برای حل انتگرال جریان ها، برنامه ای در زبان برنامه نویسی فورترن نوشته و داده-هایی بدست آورده ایم. این داده ها را برای دو نوع سه لایه ای، با لایه ی اول و سوم fe و لایه ی میانی cr یا cu محاسبه کردیم. بر اساس این داده ها نمودار تغییرات جریان الکتریکی و جریان حرارتی و دیگر خواص ترموالکتریکی مانند ضریب زبک را بر حسب ضرایب پراکندگی در مرزها رسم کرده ایم.