Kristal elmas yapının ve C(001)(2x1) yüzeyinin yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: Elmas, fonon, C(001)(2xl) yüzeyi, yapısal özellikler, elektronik özellikler, dinamik özellikler, yoğunluk fonksiyon teorisi, yüksek simetri yönleri, örgü dinamiği, elmas kristal yapı. Bu tezde ilk olarak, elmas kristal yapının atomik, elektronik ve dinamik özelliklerini inceledik. Tezin bu kısmında, elmas kristalinin örgü sabiti ve hacim modülü deneyerek bulma metoduyla hesaplanmıştır. Daha sonra elmasın fonon dispersiyon eğrileri ve durum yoğunluğu sunulmuştur. Son olarak yüksek simetri yönleri boyunca elmasın elektronik bant yapısı hesaplanmıştır. ikinci olarak, C(001)(2xl) yüzeyinin yapısal, elektronik ve örgü dinamiği teorik olarak incelenmiştir. Atomik ve elektronik yapı hesaplamaları için yoğunluk fonksiyon teorisinin yerel yoğunluk yaklaşımı ve ab-initio yapay potansiyelleri kullanıldı. Yüzey örgü dinamiği, atomik ve elektronik yapı hesaplamaları kullanılarak, yoğunluk fonksiyon teorisini temel alan ab-initio lineer tepki yaklaşımı yardımıyla çalışılmıştır. Bu modelden elde edilen fonon dispersiyon eğrileri, adyabatik bağ yükü modeliyle hesaplanan sonuçlarla karşılaştırılmış ve iki modelin sonuçlarının uyum içinde olduğu bulunmuştur. Yapılan hesaplamalar, yüksek çözünürlüklü elektron enerji kaybı spektroskopisi (HREELS) metoduyla elde edilen deneysel sonuçlarla da karşılaştırılmış ve bütün sonuçların birbirleriyle uyumlu oldukları görülmüştür. Daha sonra bu yüzeydeki yüzey fononları, Si(001)(2xl) ve Ge(001)(2xl) yüzeyleri ile karşılaştinlmıştır. Ayrıca bu çalışmada, yüksek simetri yönlerinde seçilen fonon modlanmn titreşim şekilleri de sunulmuştur. vııı

INVESTIGATION OF THE STRUCTURAL, ELECTRONIC AND DYNAMICAL PROPERTIES OF DIAMOND CRYSTAL STRUCTURE AND ITS C(001)(2xl) SURFACE SUMMARY Keywords: Diamond, C(001)(2xl) surface, phonon, structural properties, electronic properties, dynamical properties, density functional theory, high symmetry directions, lattice dynamics, diamond crystal structure. In this thesis, firstly, we have investigated atomic, electronic and dynamical properties of diamond crystal structure. In this part of the thesis, lattice constant and bulk modulus of diamond crystal were calculated from fitting method. The phonon dispersion curves and density of states of diamond are also presented. Finally we have calculated electronic band structure of diamond along the high symmetry directions. Secondly, we have made theoretical investigations of the atomic geometry, electronic structure and lattice dynamics of the C(001)(2xl) surface. We have used local density approximation of the density functional theory and ab-initio pseudoptentials for calculation of atomic and electronic structure. Using our calculated atomic and electronic structures, surface lattice dynamics was studied by employing ab-initio linear response approach based on the density functional theory. The phonon dispersion curves obtained from this model compared with results calculated from an adiabatic bond charge model and it was found that results from both models are in agreement with each other. We have also compared our calculations with experimental results which were povided from high resolution electron-energy loss spectroscopy method and all results are well-matched with together. The surface phonons on this surface are compared with those on the Si(001)(2xl) and Ge(001)(2xl) surfaces. In addition, the vibrational patterns of selected phonon modes at the high symmetry directions are also presented in this work. IX