بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله خواص الکترونی و مغناطیسی نانولوله سیلیکون کارباید دسته صندلی - 4، - 4 در حالتهای خالص و آلایش یافته با عناصر واسطه Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu به کمک نظریه تابعی چگالی بررسی شده است. گشتاور مغناطیسی کل و سهم گشتاور مغناطیسی جزیی هر یک از اتم ها در ساختار محاسبه شده است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که نانولوله سیلیکون کارباید در حالت خالص قطبش اسپینی ندارد و نیمرسانای غیر مغناطیسی است، اما با آلایش دادن نانولوله با عناصر واسطه میتواند خاصیت مغناطیسی پیدا کند. ضمنا پایداری نانولوله سیلیکون کارباید بعد از آلایش با فلزات واسطه افزایش پیدا کرده است.
-1 مقدمه
سیلیکون کارباید یک ترکیب دوتایی است که به گروه نیمرساناها تعلق دارد و به عنوان نیمرسانایی با گاف نواری عریض شناخته میشود. این ماده شامل عناصر گروهIV سیلیکون و کربن با فرمول شیمیایی SiC است. سیلیکون کارباید یک ماده کریستالی است که در حالت خالص بی رنگ است اما بسته به میزان ناخالصی آهن، از زرد تا سیاه تغییر رنگ میدهد. سیلیکون کارباید ساختار های بلوری متنوعی دارد که به آن ها پلی تایپ میگویند.
پلی تایپ ها گروه خاصی از مواد هستند که آرایش شیمیایی مشابهی دارند اما دنباله بسته بندی آن ها در راستای مسیر بسته بندی که به آن محور c میگویند تغییر میکند 2]و. [1 با توجه به نوع قرارگیری لایه های SiC روی یکدیگر در راستای محور C، سه نوع ساختار بلوری با نام ساختار مکعبی، شش ضلعی و لوزی ایجاد میشود. سیلیکون کارباید خام مناسب برای دستگاه های الکترونیکی می باشد به دلیل داشتن گاف نواری عریض، رسانایی حرارتی بالا، استحکام بالا، پایداری شیمیایی و حرارتی، نقطه ذوب بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر سایش، سختی مکانیکی و نیز اینرسی در برابر محیط های خورنده؛ همهی این ویژگی ها سبب شده تا سیلیکون کارباید بهترین انتخاب در ابزارهای الکترونیکی با توان بالا باشد.
رشد کیفیت بلور SiC خام امکان توسعه و ارتقا مبدل های خورشیدی مبتنی برSiC، یکسو کنندهها و دستگاههای بی سیم را میسر ساخته است 4]و.[3 واحد ساختاری بنیادین SiC یک تتراهدرال اولیه با پیوند کووالانسی می باشد. نانوساختارهای سیلیکون کارباید شامل نانولوله ها، نانوسیم ها، نانومیله ها، نانوکره های توخالی و نانو فنرها می باشند که به دلیل انرژی پیوندی بزرگ و گاف نواری عریض، به عنوان عناصر جدید در علم نانو، توانایی کاربرد در علوم زیستی، سنسورها و الکترونیک جدید و اپتیک و الکترومکانیک را دارند.
تحقیقات روی این ساختارها به دلیل خواص جالبی که دارند رو به افزایش است. نانولوله های شیکیکون کارباید نیمرسانای غیر مغناطیسی می باشند که بعد از آلایش با اتم های عناصر واسطه خصلت مغناطیسی پیدا می کنند.برهمکنش فلزات بخصوص فلزات واسطه با ساختارهای نانویی سیلیکون کارباید خواص جالبی بهوجود میآورد، که میتوان در صنایع اسپینترونیک و علوم مختلف از آن استفاده کرد6]و.[5
روش محاسبات
در این پژوهش اثر آلایش عناصر واسطه جایگزین شده در جایگاه های اتم سیلیکون روی خواص الکتریکی و مغناطیسی نانولوله سیلیکون کارباید - 4، - 4 برحسب نظریه تابع چگالی، توسط کد محاسباتی siesta مطالعه شده است. در این محاسبات از تقریب شیب تعمیم یافتهGGA بهره گرفته ایم. مجموعه پایه را به صورت DZP تعریف کردهایم، و بعد از بهینه سازی پارامترها، انرژی قطع را به جهت مش بندی فضای حقیقی برای نانولولههای دسته صندلی 500 Ry و بردار نقاط K جهت مش بندی منطقه اول بریلوئن برای نمونه دسته صندلی1×1×9 به دست آوردیم. لازم به ذکر است که محاسبات ما روی سلول اولیه 16 اتمی - شکل - 1 نانولوله خالص سیلیکون کارباید دسته صندلی - 4، - 4 میباشد که در این سلول، اتم فلزات واسطه به عنوان ناخالصی جایگزین اتم های سیلیکون شده اند.
نتایج و بحث
مغناطیسی عناصر واسطه در ساختارهای آلایش شده بر حسب عدد اتمی عناصر واسطه رسم شده است. با توجه به شکل بیشینه گشتاور مغناطیسی کل ساختار در حالت آلایش با اتم Fe بدست آمده است درحالیکه بیشینه سهم گشتاور مغناطیسی جزیی عناصر واسطه، مربوط به اتم Mn است.
