Skip to main content
Seyed Javad Hashemifar,Ismaeil Abdolhosseini Sarsari
سید جواد هاشمی فر (استاد مشاور) اسماعیل عبدالحسینی سارسری (استاد راهنما)
Siavash Karbasi Zadeh
سیاوش کرباسی زاده


دانشکده فیزیک
Master of Science (MSc)


Color Centers in Two Dimensional Hexagonal Nanosheet of Titanium Dioxide
In this time and age, manufacture and analysis of two dimentional materials has become the center of attention due to their superb characteristics in different areas. In this research, the features of two dimentional hexagonal nanosheet of TiO2 is more thoroughly looked into and the presence of color centers in this very special 2D material is assessed vigourously. These color centers can have great potential in different fields such as photonics which is of utmost importance. Of these capabilities, emission of single photons can be pointed out, which has excellent capacity in quantum sensors, quantum nanophotonics and quantum processing. The reason for choosing this substance is its wide bandgap which can categorize it as one of the solid state platforms for the emission of single photons. For the calculations at hand, one of the hybrid functionals is employed; for these functionals are quite precise in giving the bandgap in close accordance to the experimental value. The simulation packages used in this project are FHI-aims and VASP. These simulation packages have in them the built in use of hybrid functionals and are perfect for the chosen task. The next step taken to ensure the conclusive assessment of the procured defects in emission of single photons, is the calculation of zero phonon line energy, the difference in configuration coordinates and the formation energy for each individual color center. In addition, hyperfine tensor parameters are also given to give the reader a better chance of comparing these centers with experiment. In the end, looking back at the results, the color centers that are up to the task are introduced. These color centers are the titanium vacancy and vanadium, niobium and titanium interstitial defects. The best possible transition in these defects is a transition in niobium interstitial neutral defect with a ZPL energy of 1.85 electron volts and a difference in configuration coordinates of 0.57. This transition has been looked into more vigourously.
امروزه بررسی و ساخت مواد دو بعدی به دلیل خواص فوق­العاده آنها در زمینه­های مختلف بسیار مورد توجه است. در این رساله مطالعه­ای کلی بر روی خواص صفحه­ی شش ضلعی دوبعدی دی اکسید تیتانیوم و به خصوص مهندسی نواقص و وجود مراکز رنگی در آن صورت گرفته است. این مراکز رنگی می­توانند پتانسیل کاربرد بسیار زیادی در زمینه­های مختلف از جمله فوتونیک داشته باشند که بسیار حائز اهمیت است. از جمله­ی این کاربرد­ها می­توان به ساطع شدن تک فوتون­ها اشاره کرد که در زمینه­ی محاسبات کوانتومی از جمله حسگر­های کوانتومی، نانو فوتونیکِ کوانتومی و پردازش کوانتومی قابل استفاده است. دلیل انتخاب صفحه­ی شش ضلعیِ دی اکسید تیتانیوم، گافِ نواری قابل­توجهِ آن است که می­تواند این ماده را در گروهِ موادی قرار دهد که دارای پتانسیل زیادی برای ساطع کردن تک فوتون­ها هستند. در این رساله از روش تابعی­های دوگانه برای محاسبات استفاده شده است که دلیل آن دقت بسیار بالای این روش در تعیین گافِ نواری است. برای محاسبات مربوطه نیز از بسته­ها­ی محاسباتیِ FHI-aims و VA بهره خواهیم برد. این بسته­­ها­ی محاسباتی روش تابعی های دوگانه را به صورت پیش­فرض درون خود گنجانده­اند و برای مقصود مورد نظر بسیار مناسب هستند. در ادامه برای اطمینان از قابلیت این مراکز رنگی در ساطع کردن تک فوتون، خط بدون فونون، تغییراتِ مختصات پیکربندی و انرژی تشکیل برای هر مرکز رنگی محاسبه شده و پارامترهای تانسور فوق ریز برای مقایسه مستقیم این مراکز با تجربه برآورد شده است. در آخر با توجه به نتایجِ به دست­آمده مراکز رنگی که مناسب برای تولید تک­فوتون­ها هستند معرفی شده­اند. این مراکز شامل مرکز تهی­جای تیتانیوم و مراکز بین­جایگاهیِ وانادیوم، نایوبیوم و تیتانیوم می­شوند و بهترین جابه­جایی بین ترازهای نقص بین­جایگاهیِ نایوبیوم در حالت بدون بار رخ داده است که دارای انرژی خط بدون فونونِ 1.85 الکترون ولت و تغییرات مختصات پیکربندیِ 0.57 است. این جابه­جایی با دقتی بالاتر مورد بررسی قرار گرفته است.

تحت نظارت وف بومی