SUPERVISOR
Hadi Akbar zadeh,Seyed Javad Hashemifar
هادی اکبرزاده (استاد راهنما) سید جواد هاشمی فر (استاد مشاور)
STUDENT
Sadegh Ghaderzadeh
صادق قادرزاده
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
Density Functional Theory (DFT) is a computational quantum mechanical modeling method. This theory is one of the most successful theories in computational physics, chemistry and materials science. DFT was used in this thesis. The first chapter begins with a brief explanation of the main motivation to start this project.andcompounds are two attractive materials with unique properties which have been studied and investigated in the previous decades. The curiosity for investigation of these semiconductors in contact with each other led us to start the project through the investigation of the surface contact between the two semiconductors.andemiconductors have been introduced in the rest of chapter1 and their significant properties and applications have also been enumerated. Chapter2 addresses the primary calculations. Kohn-Sham and Pseudo-Potential approaches have briefly introduced at the beginning and the parameter optimization process for necessary parameters have been explained. Lattice constants and energy cutoff were optimized and the energy-volume diagram fitted with respect to the Murnaghon equations of states. The fitting process resulted the equilibrium volume and the volume module of ulk and repeating the same process for Ultra-soft and PAW pseudo-potentials made the pseudo-potentials judicable. Some electronic calculations ofulk will be discussed at the end of chapter2. According to the main purpose of the project, the(101) surface in the two different Titanium-termination and Oxygen-termination were simulated and the behavior of each one was investigated. The 101) surface with Ti-termination was chosen for further calculations. The next step in the simulation of thin film system is to place amono-layer on the(101) surface. The taking place process encountered with some convergency problem and needed a suitable solution. Some different suggestions were proposed and applied: applying dipole correction, taking place thelayers step by step (an S layer, then a W layer and eventually an S layer) on the(101) surface, and relaxingconfigurations before taking place on the surface. After examining all three propositions, the solution for the problem turned out to be the last option (relaxing configurations before taking place on the surface) which, subsequently, was used both manually and through USPEX structure predictor in order to find the stable configurations. Thereupon using the third advice and the transition path calculations (NEB) method, we found 8 different meta-stable configurations which were studied precisely. First of all, the stability of the configurations was checked which all of them succeeded in the stability test.The electron density of the configurations was calculated and plotted which showed a metallic behavior in the system. Therefore, in order to correct the metallic behavior, the conventional method for applying strain was used and the obtained results were discussed. The interface ofsystem has been explained in the final chapter as well. The interface investigations contain the relation between the configurations stability and the geometry of the structures, the relation between stability and bond lengths, electron density and density of states (DOS). Hence a good sight about stability, the bonds in the interface and their qualities were achieved. Finally, the transition paths between different configurations and the possibility for experimental synthesizability of these configurations were calculated and discussed.
نظریه تابعی چگالی، روشی محاسباتی برای شبیهسازی کوانتومی مواد است. این نظریه یکی از موفقترین نظریات در فیزیک محاسباتی، شیمی و علم مواد است. در این پایاننامه، از نظریه تابعی چگالی بهره گرفته شده است. ابتدا بطور مختصر به انگیزهی شروع و معرفی کلی پروژه پرداخته میشود. ترکیباتو ،موادی جذاب با خواصی منحصربهفرد هستند که در چند دههی گذشته بطور وسیعی مورد تحلیل و مطالعه قرار گرفتهاند. تمایل به بررسی رفتار این مواد در اجتماع با یکدیگر، بستر کلی پروژه را شکل داد و هدف مطالعهی چنین اجتماعی، از طریق تماس سطحی و تحقق یافت. در ادامهی فصل اول، نیمرساناهای ومعرفی شده و بارزترین خواص و کاربردهای آنها برشمرده خواهد شد. محاسبات مقدماتی انجام شده در این پروژه، درونمایهی فصل دوم را تشکیل میدهد. معرفی مختصر رهیافت کان - شم و رهیافت شبهپتانسیل، آغازگر فصل بوده و در ادامه، فرآیند بهینهسازی مهمترین پارامترهای محاسباتی توضیح داده خواهد شد. ثابتهای شبکه و انرژی قطع بهینه میشوند و روند محاسبه و رسم نمودار انرژی - حجم و برازش این نمودار با معادلهی حالت موناگون شرح داده خواهد شد. حجم تعادلی و مدول حجمی پیکربندی بلور از نتیجهی برازش به دست آمدند که تکرار محاسبات برای شبهپتانسیلهای فوق نرم و PAW، امکان تصمیمگیری در مورد شبهپتانسیل مناسب را فراهم کرد. برخی از خواص الکترونی ساختار بلوردر پایان فصل دوم مطالعه و بررسی میشود. مطابق هدف پروژه، سطح (101)در دو حالت با پایانهی تیتانیوم و پایانهی اکسیژن شبیهسازی شده و رفتار سیستم در هر کدام از این حالات از طریق محاسبات الکترونی ساختار، مورد بررسی قرار میگیرد. سطح (101)با پایانهی تیتانیوم، جهت ادامهی پروژه انتخاب شد. قدم بعدی در شبیهسازی سیستم لایهی نازک ، قرارگیری لایهای از بر روی سطح (101)است. فرآیند قرارگیری با مشکلات همگرایی محاسبات واهلش روبرو شده و نیازمند اتخاذ راه حلی مناسب بود. در این راستا، چند راه حل پیشنهاد شده و به کار گرفته شدند که عبارت بودند از: اعمال تصحیحات دوقطبی، قرارگیری قدم به قدم لایههای پیکربندی بر روی سطح (101)و واهلش پیکربندیهای قبل از قرارگیری بر روی سطح. راه حل سوم، راهگشای مشکل همگرایی بود که در آن از روشهای دستی و جستجوگر هوشمند USPEX برای جستجوی پیکربندیهای پایدار استفاده شد. بنابراین با بهرهگیری از راه حل مزبور و همچنین با استفاده از محاسبات مسیر گذار (NEB)، تعداد ? پیکربندی پایدار سیستم لایه نازکبه دست آمد. در ادامهی کار، پیکربندیهای پایدار به دست آمده، مورد بررسیهای بیشتری قرار میگیرند. ابتدا پایداری این پیکربندیها مورد بررسی قرار میگیرد که همهی پیکربندیها، آزمون پایداری را با موفقیت پشت سر میگذارند. چگالی الکترونی پیکربندیها، محاسبه و رسم میشود که بیانگر بروز رفتار فلزی در سیستم هستند. بنابراین از روش مرسوم اعمال کشش برای بازیابی گاف سیستم بهره گرفته میشود و نتیجهی تغییر ابعاد ابریاختهی سیستم مورد بحث قرار میگیرد. در فصل پایانی، پیوندگاه سیستمنیز علاوه بر بررسیهای فوق شرح داده میشود. در این بررسیها، ارتباط پایداری پیکربندیها با ساختار آنها، ارتباط پایداری با طول پیوند، چگالی الکترونی و چگالی حالات الکترونی پیکربندیها تشریح میشوند که در نتیجه دید مناسبی در مورد پایداری، نوع پیوند اتمها در پیوندگاه و کیفیت این پیوندها حاصل میشود. در انتها نیز محاسبات مسیر گذار برای پیکربندیهای مختلف و بررسی امکان سنتز شدن این پیکربندیها بهصورت تجربی پ