Υπολογισμοί από πρώτες αρχές στρωματικών οξειδίων

Κατσικογιάννη, Πηνελόπη Τατιανή

dc.contributor.author	Κατσικογιάννη, Πηνελόπη Τατιανή	el
dc.date.accessioned	2019-01-23T11:11:35Z
dc.date.available	2019-01-23T11:11:35Z
dc.date.issued	2019-01-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48313
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9157
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Υπολογισμοί από πρώτες αρχές	el
dc.subject	Νανοτεχνολογία	el
dc.subject	Φυσική στερεάς κατάστασης	el
dc.subject	Νανοϋλικά	el
dc.subject	Στρωματικά οξείδια	el
dc.title	Υπολογισμοί από πρώτες αρχές στρωματικών οξειδίων	el
dc.contributor.department	Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Φυσική Στερεάς Κατάστασης	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-19
heal.abstract	Η ανακάλυψη του γραφενίου και οι εντυπωσιακές ιδιότητές του οδήγησαν σε μεγάλη ανάπτυξη στην έρευνα για ανακάλυψη και μελέτη και άλλων δισδιάστατων υλικών. Οι εξαιρετικές ιδιότητες και η σταθερότητα που παρουσιάζουν αυτές οι δισδιάστατες δομές τα καθιστούν ιδανικά για πολλές εφαρμογές. Για το λόγο αυτό στην μεταπτυχιακή αυτή εργασία θα μελετηθούν δύο στρωματικά οξείδια, το οξυιωδιούχο βισμούθιο και το οξυσεληνιοδιούχο βισμούθιο. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η κατηγοριοποίησή τους, οι τρόποι απομόνωσης και χαρακτηρισμού τους, καθώς και κάποια βασικά δισδιάστατα υλικά (γραφένιο, βοριονιτρίδιο, χαλκογενίδια μετάλλων μετάπτωσης, οξείδια μετάλλων μετάπτωσης). Τα υλικά αυτά παρουσιάζουν ενδιαφέρουσες εφαρμογές σε ένα ευρύ τεχνολογικό πεδίο που περιλαμβάνει ηλεκτρονικά, μηχανικά και βιολογικά συστήματα. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται οι υπολογιστικές μέθοδοι με τις οποίες προσεγγίζεται η περιγραφή των δομών αυτών. Με χρήση υπολογιστικών προσομοιώσεων προσδιορίζονται οι ιδιότητες των υλικών αυτών, η γνώση των οποίων είναι απαραίτητη για την περαιτέρω αξιοποίηση στις εφαρμογές τους. Στην παρoύσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η Θεωρία Συναρτησιοειδούς της Πυκνότητας (Density Functional Theory, DFT) η οποία ακολούθησε μια σειρά προγενέστερων προσεγγίσεων στην επίλυση του προβλήματος πολλών σωματιδίων, όπως η προσέγγιση Hartree και η προσέγγιση Hartree-Fock. Οι υπολογισμοί έγιναν με τη χρήση του λογισμικού Quantum Espresso στην υπολογιστική υποδομή του ARIS. Στο τρίτο κεφάλαιο και αφού έχει αναπτυχθεί το θεωρητικό υπόβαθρο, πραγματοποιούνται υπολογισμοί στη δομή του γραφενίου και στη δομή του οξειδίου του κασσίτερου και παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα όπως είναι οι βασικές ηλεκτρονιακές ιδιότητες και η πυκνότητα καταστάσεων. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα αλογονίδια οξειδίου του βισμουθίου και στη συνέχεια μελετάται διεξοδικά το οξυιωδιούχο βισμούθιο (BiOI) το οποίο παρουσιάζει εξαιρετικές φωτοκαταλυτικές ιδιότητες. Γίνονται υπολογισμοί DFT και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα στη τρισδιάστατη και τη μονοστρωματική μορφή του για τις ηλεκτρονικές του ιδιότητες, την πυκνότητα καταστάσεων και τη συνάρτηση ηλεκτρονιακού εντοπισμού. Μελετάται η επίδραση που έχει η εισαγωγή ατελειών στο καθαρό υλικό και γίνεται σύγκριση για τις ενέργειες σχηματισμού σε συνάρτηση με τον αριθμό στρωμάτων. iv Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το οξυσεληνιοδιούχο βισμούθιο (Bi2O2Se)το οποίο φαίνεται να έχει μεγάλες δυνατότητες σε εφαρμογές για θερμοηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές. Κι εδώ γίνονται υπολογισμοί DFT και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα στη τρισδιάστατη, μονοστρωματική και διστρωματική μορφή του για τις ηλεκτρονικές του ιδιότητες, την πυκνότητα καταστάσεων και τη συνάρτηση ηλεκτρονιακού εντοπισμού. Επίσης, όπως και με το BiOI, μελετάται η επίδραση που έχει η εισαγωγή ατελειών στο καθαρό υλικό και προσδιορίζονται οι ενέργειες σχηματισμού σε συνάρτηση με τον αριθμό στρωμάτων.	el
heal.abstract	The discovery of graphene and its impressive properties have led to a rapid increase in research for the discovery and study of other two-dimensional materials. The exceptional properties and stability of these two-dimensional (2D) structures make them ideal for many applications. For this reason, two layered oxides, Bismuth oxyiodide and Bismuth oxyselenide, will be studied in this master thesis. The first chapter of this thesis presents their categorization of 2D materials, their isolation and characterization, as well as some representative examples (graphene, boron nitride, transition metal chalcogenides, transition metal oxides). These materials present interesting applications in a wide technological field including electronic, mechanical and biological systems. The second chapter describes the computational methods by which the description of these structures is approached. The use of computational simulations determines the properties of these materials, knowledge of which is necessary for further exploitation in applications. In this Thesis, Density Functional Theory (DFT) is studied, which followed a series of earlier approaches to solving the many body problem, such as the Hartree and the Hartree-Fock methods. The calculations were made using the Quantum Espresso software in the ARIS computational infrastructure. In the third chapter, and after the theoretical background has been developed, calculations are made for graphene and tin monooxide and the results on their basic electronical properties and densities of states are presented and commented, In the fourth chapter an introduction to bismuth oxide halides is made and then bismuth oxyiodide (BiOI) is studied thoroughly, a material which exhibits excellent photocatalytic properties. DFT calculations are performed and the results in its three-dimensional and monolayer structure are presented with its electronic properties, density of states and electron localization function. The effect of the introduction of defects on the pristin material is studied and we obtain the formation energies of ultral thin slabs as a function of the number of layers. In the fifth chapter bismuth oxyselenide (Bi2O2Se) is presented, which seems to have great potential in applications of thermoelectric and electronic devices. Here, too, DFT calculations are performed and the results in its three-dimensional, monolayer and double layer structure are presented with its electronic properties, density of states and electron localization function. As with BiOI, the effect of the introduction of defects on the pure material is studied and comparison is made for the formation energies in relation to the number of layers.	en
heal.advisorName	Τσέτσερης, Λεωνίδας	el
heal.committeeMemberName	Τσέτσερης, Λεωνίδας	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	90
heal.fullTextAvailability	true