TaC ve (001) yüzeyinin yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tezde TaC(tantalyum karbür)'nin yapısal, elektronik ve titreşim özellikleri yoğunluk fonksiyon teorisi kullanılarak incelenmiştir. Yoğunluk fonksiyon teorisinde Perdew-Burke-Ernzerhof metodu genelleştirilmiş gradyan yaklaşımında (PBE-GGA) kullanılmıştır. Khon-Sham eşitliklerinin kendi kendine tutarlı çözümlerinde özel k noktaları kullanılarak ve Brillouin bölgesinin indirgenemez parçası örnek alınarak elde edilmiştir. 60 Ryd kesme kinetik enerjisi kullanılmıştır.Tez çalışmasının giriş bölümünde, TaC için yapılan önceki çalışmalar verilmiş ve tezin amacı açıklanmıştır. İkinci bölümde ise bu materyalin kristal yapısı açıklanmıştır. Tezin üçüncü bölümünde ise düzlem dalga yapay potansiyel metodu, yoğunluk fonksiyon teorisi lineer tepki metodu özetlenmiş ve yoğunluk fonksiyon teorisinin bu tezde TaC için uygulandığı açıklanmıştır.Dördüncü bölümde incelenen materyalin sırasıyla yapısal ve elektronik özellikleri için elde edilen sonuçlar sunulmuştur ve daha önceki teorik ve deneysel çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Ayrıca titreşim özelliklleri ve yüksek simetri noktalarında titreşim karakterleri incelenmiştir. Son bölümde ise, TaC(001) yüzeyinin örgü dinamiği, atomik geometrisi ve elektronik yapısı teorik olarak incelenmiştir. Bu yüzeyin elektronik yapısı ve atomik geometrisi, yoğunluk fonksiyon teorisi ile ab initio pseudopotansiyelin genelleştirilmiş gradyan yaklaşımı kullanılarak hesaplanmıştır. Örgü dinamiği sonuçları yoğunluk fonksiyon pertürbasyon teorisi kullanılarak elde edilir. Brillouin bölge yüzeyi boyunca akustik-optik boşluklarında en küçük üç yüzey fonon modu gözlenilmiştir. Deneysel olarak tanımlanan yüzey modu sonuçları ile karşılaştırılmış ve tartışılmıştır.

In this thesis, we have investigated structural, electronic and vibrational properties of TaC by using the density functional theory. The density functional theory has been implemented within a generalised gradient approximation, using the Perdew-Burke-Ernzerhof method. The Kohn-Sham single-particle functions were expanded in a basis of plane waves. Self-consistent solutions of Kohn-Sham equations were obtained by sampling the irreducible part of the Brillouin zone by employing special k points. A kinetic energy cut off of 60 Ryd is used.In the introduction of this thesis, previous studies of TaC have been cited and we have explained the goal of this thesis. Then crystal structures of these materials have been discussed in the second chapter. In the third chapter, density functional theory, linear response technique, plane wave pseudo potential are summarized and the application of density functional theory to these materials has been explained.In the fourth chapter of this thesis, we have presented our structural, electronic and results for these materials respectively These results are also compared with corresponding previous theoretical and experimental studies in this chapter. In addition, we have investigated vibrational characterization at high symmetry points and vibrational properties of TaC. In the last chapter, we have made theoretical investigations of the atomic geometry, electronic structure and lattice dynamics of the (001) surface of TaC. The atomic geometry and electronic structure fort his surface have been calculated by using the generilased gradient approximation of the density functionally theory and ab initio pseudopotantials. Lattice dtnamical results are obtained by employing the density functional perturbation method. At least theree surface phonon states appear throughout the surface Brillouin zone in the acoustic-optical gap range. Experimentally indentified surface mode results are reproduced and their origin explained.