Farklı simetrik yapılardaki karbon nanotüplerin durum yoğunluklarının simülasyonu

Abstract

Tek duvarlı karbon nanotüplerin (TDKNT) yapısı chiral vektörüyle tanımlanır. TDKNT'lerin elektronik yapısı tüpün çapına ve chiralitysine bağlıdır. KNT'ler yapısal parametrelerine bağlı olarak hem metalik hem de yarıiletken olabilirler. TDKNT'lerin yapısal, dinamik ve elektronik özelliklerini incelemede sıkı-bağ moleküler dinamik yöntemi başarılıdır. Klasik sıkı-bağ yöntemi schrödinger denklemini direkt matris köşegenleştirmesi ile çözer ve atom sayısının küpü ile orantılı simülasyon zamanı kullanır. O(N) metodu bant enerjisini gerçek uzayda çözer ve bağlanmaya yalnız yerel çevrenin katkısı olduğu yaklaşımını yapar. O(N) yöntemi atom sayısıyla lineer orantılı simülasyon zamanı kullanır. Bu da simülasyonlarda hesaplama zamanını kısaltır. Bu çalışmada (2,2) den (30,0) a kadar değişen farklı yapılardaki TDKNT'lerin elektronik yapılarını incelemek için O(N) sıkı-bağ moleküler dinamik metodu paralel bilgisayar ortamında kullanılmıştır. Bu tez çalışması Yıldız Teknik Üniversitesi Fizik Bölümü "Karbon Nanotüp Bilgisayar Simülasyon" laboratuvarında yapılmıştır. Her bir karbon nanotüp için elektronik durum yoğunlukları, fermi enerji seviyeleri ve bant yapısı enerjileri hesaplanmıştır. Elektronik durum yoğunluğu (eDOS) grafikleri kullanılarak TDKNT'lerin metalik veya yarıiletken olmasını belirleyen genel kurallar belirlenmiştir. Chiral parametrelerine bağlı olarak TDKNT nin n=m olması durumunda (armchair) metalik, n-m=3i olması durumunda(zig-zag) küçük bant aralıklı yarıiletken ve diğer durumlarda gerçek yarıiletken olduğu gösterilmiştir. Bir yarıiletken KNT'nin bant aralığı enerjisinin tüpün yarıçapı ile ters orantılıdır. Yarıiletken TDKNT'lerin bant aralığı enerjileri hesaplanmıştır ve literatürde mevcut teorik sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sıcaklığın elektronik yapı üzerindeki etkisi yukarıdaki elektronik durum yoğunlukları, bant enerji seviyeleri ve fermi seviyeleri çalışmaları iki farklı sıcaklıkta (0.1 K - 300 K de) elde edilerek gösterilmiştir.