Skip to main content
SUPERVISOR
Hadi Akbar zadeh,Seyed Javad Hashemifar
هادی اکبرزاده (استاد راهنما) سید جواد هاشمی فر (استاد مشاور)
 
STUDENT
Nafise Rezaei Badafshani
نفیسه رضائی بادافشانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

1. Study of Maximallu Localized Wannier Functions at the CrAs and CrAs/GaAs interface 2. Writing post-processing code in WANNIER90 to calculate the group velocity and inverse effective mass
Description of the electronic structure of periodic crystalline solids is usually based on extended Bloch functions (BF’s). Bolch functions are obtained by diagonalization of the effective one-electron Hamiltonian. These states are assigned with quantum number k for the crystal momentum, together with a band index n. Therefore this representation is suitable for description of reciprocal space properties, e.g. band structure, Fermi surface, … . But these functions are not useful for describing real space properties of electron such as conductance. An alternative description can be derived in terms of localized Wannier functions (WF’s), which are defined in real space via Fourier transformation performed on the Bloch functions. In contrast to BF’s, WF’s are useful, for example, in visualizing chemical bonds or in describing the dielectric properties of insulator materials. Wannier functions can be used as an accurate and minimal basis set in the construction of model Hamiltonian for large-scale systems and for efficient computation of material properties such as the Hall coefficient and anomalous Hall coefficient. K-space derivatives can be taken analytically via determining matrix elements of operator between WF’s. Therefore quantities such as group velocity and effective mass can be calculated with Wannier interpolation. However one major problem in practical calculations with this representation is the non uniqueness of WF’s, related to the phase arbitrariness of the BF’s. Marzari and Vanderbilt have solved this non uniqueness with introducing spread functional and minimizing it with respect to the variety of BF’s. They have called it Maximally Localized Wannier Functions(MLWF’s) . The locality of MLWF’s can be exploited to compute band structure, density of states at the modest computational cost. On the other hand, production and injection of spin polarized current into a semiconductor devices are very important. Half-metallic ferromagnetisms because of have 100% spin polarization at the Fermi level, are promising materials for efficient spin injection into semiconductor. The recent discovery of ferromagnetism in CrAs thin films grown on GaAs has attracted increasing interest in the CrAs/GaAS interface. In this thesis, by using
معمولاً توصیف حالت پایه ی یک جامد دوره ای توسط حالات گسترده ی بلوخ صورت می گیرد. توابع بلوخ از قطری سازی هامیلتونی موثر تک ذره به دست می آیند. این حالات توسط عدد کوانتومی اندازه حرکت بلوری K و اندیس نواری n مشخص می شوند. از این رو در توصیف ویژگی هایی که به فضای وارون مربوط است از قبیل ساختار نواری، سطوح فرمی و ... مناسب می باشند. اما در بررسی پدیده هایی که به رفتار الکترون در فضای حقیقی نیازمندیم از جمله ترابرد الکترون توابع مناسبی نمی باشند. توصیف دیگر حالت پایه ی سیستم می تواند از طریق یک تبدیل فوریه از حالات بلوخ به دست آید، این نمایش در فضای حقیقی توابع وانیر نامیده می شوند. بر خلاف توابع بلوخ، توابع وانیر در تحلیل پیوندهای شیمیایی و همچنین در توصیف خواص دی الکتریکی عایق ها ابزار مناسبی می باشند. توابع وانیر می توانند به عنوان مجموعه پایه های کمینه در ساختن هامیلتونی مدل برای سیستم های بزرگ و همچنین محاسبه ی برخی ویژگی های سیستم از قبیل ضریب عادی و غیر عادی هال به کار برده شوند. با استفاده از مقدار هر عملگر در پایه های توابع جایگزیده ی وانیر می توان مشتقات نسبت به K این عملگر راصورت تحلیلی محاسبه کرد. از این رو کمیت هایی همچون سرعت گروه و وارون جرم موثر می توانند با استفاده از درون یابی توابع وانیر به صورت تحلیلی محاسبه شوند. مشکل اصلی در محاسبه ی توابع وانیر غیریکتایی آنهاست که ار آزادی فاز توابع بلوخ ناشی می شود. مارزاری و وندربیلت این مشکل را با معرفی تابع گستردگی و کمینه سازی آن حل کردند. توابع به دست آمده توابع وانیر با جایگزیدگی بیشینه (MLWF) نامیده می شوند. به علت جایگزیدگی MLWF ها می توان ساختار نواری، چگالی حالات و ... را در کمترین زمان محاسبه کرد. از طرف دیگر امروزه تولید و تزریق جریان های اسپین قطبیده به درون نیم رساناها از اهمیت بالایی برخوردار است. نیم فلزات فرومغناطیس به دلیل داشتن قطبش اسپینی %100 در سطح فرمی گزینه ی مناسبی برای منبع جریان اسپینی هستند. کشف پدیده ی فرومغناطیس در لایه های نازک CrAs رشد یافته بر روی GaAs موجب ایجاد علاقه و توجه گسترده به ساختار CrAs/GaAs گردیده است. از این رو در این رساله ابتدا با استفاده از نرم افزار ESPRESSO و WANNIER90 توابع وانیر با جایگزیدگی بیشینه در انبوهه ی بلورهای GaAs و CrAs محاسبه شده اند. در ادامه این توابع برای مرزمشترک CrAs/GaAs با ساخت ابریاخته های (4 و 8 لایه ای) استخراج و راجع به رفتار مراکز توابع وانیر در مرزمشترک و حالت انبوهه بحث شده است. در انتها برنامه های مربوط به محاسبه ی سرعت گروه و وارون جرم موثر در راستای یک مسیر خاص با استفاده از درون یابی توابع وانیر نوشته شده است و نمودارهای مربوط به سرعت گروه و وارون جرم موثر برای انبوهه ی CrAs و GaAs به صورت نمونه رسم گردیده است. این برنامه ها به عنوان برنامه های تکمیلی به کد wannier90 اضافه شده اند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی