Skip to main content
SUPERVISOR
Hadi Akbar zadeh,Seyed Javad Hashemifar
هادی اکبرزاده (استاد مشاور) سید جواد هاشمی فر (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mojtaba Najarzadegan
مجتبی نجارزادگان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Study of Structural, Electronic, Magnetic and Vibrational Properties of FeN and FeN-1Au (N=1-6) Clusters by Quantum Computational Software FHI-aims
The potential applications of nanostructures and nanoparticles have attracted great attention in modern science and technology. Among these low dimensional systems, small atomic clusters of transition metal elements display interesting physical and chemical properties. Iron magnetic clusters are a group of transition metal clusters that because of their partially occupied d orbital, exhibit challenging physical behavior, from experimental as well as theoretical point of view. In this project, we study the physical properties of iron clusters in the framework of density functional theory by using the full potential numerical atom centered orbital technique implemented in FHI-aims omputational package. At the first stage, the accuracy parameters were optimized and the validity of the optimized results obtained by aims was verified by calculating and comparing the iron bulk properties within aims and wien2k codes. Then, after full relaxation of the atomic positions, the structural, electronic, magnetic and vibrational properties of Fe N (N=1-6) clusters were calculated. The results show that the ground state isomers are three dimensional and highly bonded structures with higher average atomic magnetic moment than the bulk value. In general, by increasing the number of cluster atoms, their various physical properties approach the bulk values. By applying the many body based GW correction, we obtained very good ionization potentials and electron affinities for Fe clusters, compared with the experimental data. In addition to the GW method, we also determined the ionization potentials and electron affinities by calculating the Kohn-Sham total energies of the natural and charged clusters. The observed agreement between these two approaches confirms validity of the total energies obtained by the Kohn-Sham scheme. In order to avoid agglomeration and oxidation of iron clusters in practical situations, usually they are coated by gold atoms. As a preliminary step toward understanding the effects of coating with gold, we studied the stability, magnetic properties, and the tendency to oxidation of the Fe clusters adsorbed by one Au atom. The results show that addition of one Au atom enhances stability of Fe clusters without considerable change of magnetic moments. Moreover, we observed that the Au head of the Fe N Au clusters does not prefer to adsorb an oxygen atom. This observation confirms the oxidation resistance of the Au coated Fe clusters. Keywords: Quantum computations, Density functional theory, Localized numeric atom-centered orbitals, FHI-aims software, Iron magnetic nanoparticles, GW many body correction, Gold atom adsorption, Oxygen atom adsorption.
ساخت و کاربرد نانوساختارها و نانوذرات، تحول عظیمی را در علوم و فناوری ایجاد کرده است. دسته‌ای از این مواد خوشه‌های کوچک عناصر فلزات واسطه هستند که به دلیل برخورداری از خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، توجه زیادی را به خود معطوف کرده‌اند. یکی از این خوشه‌ها، خوشه‌های مغناطیسی آهن هستند که به دلیل پیچیدگی‌های ناشی از نیمه‌پر بودن اوربیتال dی آن‌ها، هنوز خواصشان مورد مطالعه و بررسی تجربی و نظری می‌باشد. در این پروژه با استفاده از برنامه‌ی شبیه‌سازی کوانتوم- مکانیکی FHI-aims خواص خوشه‌های آهن را بررسی کردیم. در ابتدا به منظور تایید صحت نتایج بدست آمده، خواص انبوهه‌ی آهن را توسط دو نرم‌افزار aims و wien2k بدست آورده و با هم مقایسه کردیم و تطابق خوبی بین مقادیر کمیات محاسبه‌شده در دو نرم‌افزار مشاهده شد. پس از بهینه‌سازی دقت محاسبات، خواص ساختاری، الکترونی، مغناطیسی و ارتعاشی خوشه‌های دو تا شش اتمی آهن مورد محاسبه و بررسی قرار گرفت . نتایج حاصل نشان می‌دهند که ساختارهای سه‌بعدی با بیشترین تعداد پیوند ممکن، ایزومرهای پایه هستند. این خوشه‌ها مغناطش میانگین بالاتری نسبت به انبوهه دارند ولی ناپایدارتر از انبوهه هستند و لذا واکنش‌پذیری بالایی دارند. به طور کلی با افزایش تعداد اتم‌های خوشه‌ها، خواص آن‌ها به خواص انبوهه شبیه‌تر می‌شود. از آن‌جایی که خوشه‌های آهن به دلیل واکنش‌پذیری بالا به راحتی با یکدیگر پیوند خورده و کلوخه می‌شوند و نیز به سرعت اکسید شده و مغناطش بالای خود را از دست می‌دهند، معمولاً آن‌ها را با یک یا چند لایه از اتم‌های طلا پوشش می‌دهند. لذا به عنوان اولین قدم در بررسی این فرآیند، اثر افزودن یک اتم طلا در خواص خوشه‌های آهن از جمله در میزان پایداری، مغناطش و جلوگیری از اکسیدشدن را مورد بررسی قرار دادیم. نتایج نشان می‌دهند که با اضافه‌شدن اتم طلا، خوشه‌های آهن پایدارتر می‌شوند ولی تغییر چندانی در مغناطش آن‌ها بوجود نمی‌آید. همچنین مشاهده‌شد که یک اتم اکسیژن، تمایلی به جذب بر روی خوشه‌یFeAu از سر طلای آن ندارد. این مشاهده پوشش خوشه‌های آهن بوسیله‌ی لایه‌های طلا را برای جلوگیری از اکسید‌شدن تأیید می‌کند. کلمات کلیدی: محاسبات کوانتومی، نظریه‌ی تابعی چگالی، اوربیتال‌های عددی جایگزیده‌ی اتم مرکز، نرم افزار FHI-aims ، نانوذرات مغناطیسی آهن، تصحیح بس‌ذره‌ای GW ، جذب اتم طلا ، جذب اتم اکسیژن.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی