Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Javad Hashemifar,Hadi Akbar zadeh,Yoshihiro Gohda
سید جواد هاشمی فر (استاد راهنما) هادی اکبرزاده (استاد راهنما) یوشی هیرا گودا (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zahra Torbatian
زهرا تربتیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

First-principles investigation of two novel structures remarkable for environmental issues; Y2Fe14B hard magnet crystal and Ag8 nanocatalyst
In this project, we use density functional computation to investigate physical properties of some materials that may be useful to reduce environmental problems, Spin density functional theory, relativistic Kohn-Sham equations and time dependent density functional theory are used for our calculations. In the first part, we investigate the structural, electronic and magnetic properties of Y 2 Fe 14 B, a new permanent magnet based on rare earth, iron, and boron. The most important property of these new permanent magnets is its strong anisotropy. Hard magnets are promising to improve the efficiency of all hybrid and electric cars and hence reduce carbon dioxide emission and air pullution. From fundamental point of view, Y 2 Fe 14 B is a suitable target for studying the effects of strain on itinerant d electrons (In contrast with localized f electrons), because Y is a prototypical f 0 example of rare-earth elements. We calculated the magnetic anisotropy energy by two different methods. In the first method, full self-consistent calculations in the presence of spin-orbit coupling are performed for calculation of the magnetic anisotropy energy. In the second approach, the spin-orbit interaction is considered as a perturbation to the scalar relativistic Hamiltonian and by using the second-order perturbation theory, the magnetic anisotropy of these crystals is determined with much lower computational cost (compared with the first method) and with an acceptable accuracy. In the second part of project, we determined the most stable structural isomers of the neutral Ag 8 cluster. For better understanding of the relative stability of different structures of Ag 8 , the structural, electronic, topological and optical properties were calculated. Also the many-body based GW correction was applied for accurate description of the highest occupied (HOMO) and the lowest unoccupied (LUMO) molecular orbital levels. Then adsorption of the toxic CO, NO, and HCN molecules on the Td and D 2d structures of the neutral Ag 8 cluster was investigated. The obtained adsorption energies fall in the range of physical adsorption (physisorption). The calculation of charge distribution by using Bader theory of atoms in molecules indicate a charge transfer from Ag 8 to CO and NO molecules while no significant charge transfer was observed in the HCN-Ag 8 system. Also the stable adsorption sites occur on the atoms which have contribution to both HOMO and LUMO. Also we calculated the absorption spectra of the molecule-Ag 8 complexes and the pristine Ag 8 . The results show that silver nanocluster can be employed as catalyst and optical sensor for NO molecule.
در این پژوهش، با استفاده از نظریه تابعی چگالی به کندوکاو خواص فیزیکی برخی مواد که می تواند در حل مشکلات زیست محیطی مفید باشد، می پردازیم. برای محاسبات مربوط به بخش اول پروژه، نظریه تابعی چگالی اسپینی و معادلات نسبیتی کن-شم و برای بخش دوم آن، نظریه تابعی چگالی وابسته به زمان و توپولوژی چگالی بار الکترونی بکار گرفته شده است. در بخش اول از این پروژه به مطالعه و بررسی خواص ساختاری، الکترونی و مغناطیسی ترکیب Y 2 Fe 14 B پرداختیم. این ترکیب جزو دسته جدید از مواد مغناطیسی است که شامل عناصر خاکی کمیاب، آهن و بور (R 2 Fe 14 B) می باشد. مهمترین ویژه گی این مواد مغناطیسی جدید، ناهمسانگردی قوی آن ها می باشد. این مواد مغناطیسی در خودروهای هیبریدی و الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند و علاوه بر ذخیره انرژی باعث کاهش تولید دی اکسیدکربن وآلودگی هوا می شوند. Y 2 Fe 14 B بدون الکترون f و برای بررسی الکترون های نسبتا سرگردان d (در مقایسه با الکترون های f ) در مواد مغناطیسی مناسب می باشد و انتظار می رود که نسبت به تغییر ثابت های شبکه حساسیت بیشتری داشته باشد. ما به محاسبه انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی به دو روش مختلف پرداختیم. در روش اول از محاسبات نسبیتی در حضور برهم کنش اسپین- مدار استفاده کردیم و انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی را تعیین کردیم. در روش دوم بر هم کنش اسپین- مدار به صورت اختلالی در هامیلتونی غیرنسبیتی در نظر گرفته شد و با بکارگیری نظریه اختلال مرتبه دوم، انرژی ناهمسانگردی در زمان بسیار کمتر (نسبت به روش اول) با دقت قابل قبولی محاسبه شد. در بخش دوم پژوهش، در ابتدا پایدارترین ساختارهای نانوخوشه هشت تایی نقره را به دست آوردیم و برای درک عمیقتر از پایداری نسبی ساختارها، خواص ساختاری، الکترونی، توپولوژیکی و اپتیکی نانوخوشه نقره بررسی شدند. همچنین از تصحیح بس ذره ای GW برای توصیف دقیق اربیتال های ملکولی HOMO و LUMO استفاده کردیم. در ادامه، جذب ملکول های سمی CO، NO و HCN بر روی نانوخوشه هشت تایی نقره مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به انرژی جذب به دست آمده برای مجموعه ملکول-نانوخوشه نقره، جذب این ملکول ها در محدوده ی جذب فیزیکی قرار می گیرند. ما با بکارگیری نظریه بدر به محاسبه انتقال بار مجموعه ملکول-نانوخوشه نقره پرداختیم که محاسبات انتقال بار الکترونی از نانوخوشه نقره به سمت ملکول های CO و NO را نشان می دهد، در حالی که انتقال باری در مورد ملکول HCN مشاهده نشده است. همچنین جایگاه های جذب ملکول ها بر روی نانوخوشه نقره بر روی اتم هایی که دارای توزیعی از حالت های HOMO و LUMO باشند، رخ می دهد. همچنین طیف جذب اپتیکی مجموعه ملکول ها- نانوخوشه نقره و نانوخوشه خالص نقره را محاسبه کردیم. نتایج به دست آمده نشان می دهند که نانوخوشه نقره می تواند به عنوان کاتالیزور و حسگر اپتیکی ملکول سمی O به کار گرفته شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی