Geçiş metali karbürlerinin ve (001) yüzeylerinin elektronik, titreşim ve elektron-fonon etkileşimi özelliklerinin yoğunluk fonksiyon teorisi ile araştırılması

Abstract

ÖZET Geçiş metali karbürleri genellikle sodyum klorür kristal yapıda bulunurlar ve eş kutuplu kristallere benzer şekilde serttirler ve erime sıcaklıkları yüksektir. Aynı zamanda yüksek elektrik iletkenliğe de sahip olan bu materyaller, basit metal süperiletkenlere göre daha yüksek bir TC geçiş sıcaklığında süperiletken hale geçerler. Bu ilginç özelliklerinden dolayı elektronik aletlerde elektriksel olarak iletkenlik sağlayan difüzyon engeli olarak kullanıldıklarından ve yüzeyler üzerinde meydana gelen çeşitli kimyasal reaksiyonlarda katalizör görevi gördüklerinden oldukça önemlidirler. Bu projede ilk olarak geçiş metali karbürlerinin (TiC, HfC, NbC, TaC, ZrC ve VC) hacim ve (001) yüzeylerinin yapısal ve elektronik özellikleri düzlem dalga sözde potansiyel metodu ve yoğunluk fonksiyon teorisi ile incelenmiştir. İkinci aşamada ise bu materyallerin hacim ve (100) yüzeylerinden fonon özelliklerini çalışmak için lineer tepki metodu kullanılmıştır. Elde edilen hacim ve yüzey fonon dispersiyon eğrileri daha önceki deneysel ve teorik sonuçlarla da karşılaştırılarak tartışılmıştır. Bunun yanı sıra NbC, TaC ve VC materyalleri ve (100) yüzeyleri için elektron-fonon etkileşimi de incelenmiştir. Son olarak hacim ve yüzeylerdeki elektron-fonon etkileşimi için fonon anomalinin rolü açıklanmıştır. Anahtar kelimeler: Yoğunluk fonksiyon teorisi, geçiş metali karbürleri, yüzey fiziği, yapısal özellikler, elektronik özellikler, dinamik özellikler, süperiletkenlik.

SUMMARY Transition metal carbides generally crystallize in the NaCl structure, are hard, and have very high melting points similar to homopolar crystals. They have also large electrical conductivities and change over to superconducting states at transition temperatures TC, which in may cases are much higher than in the case of simple-metal superconductors. Due to their interesting properties, they are very important as highly stable field emitters and catalyst for various chemical reactions which occur on surfaces. Firstly, in this Project, we have investigated structural and electronic properties of bulk transitionmetal carbides (TiC, HfC, NbC, TaC, ZrC and VC) and their (001) surfaces by employing the plane wave pseudopotential method and density functional theory. Then, a linear response method is applied to study phonons in these materials and their (001) surfaces. Our calculated phonon dispersion curves for their bulk and surfaces are also compared with available experimental and theoretical results. Moreover, we carry out ab initio calculations of electron-phonon interaction for NbC, TaC, VC and their (001) surfaces. Finally we have explained the role of the phonon anomaly in the electron-phonon interaction in their bulk and surfaces. Keywords: Density functional theory, transition metal carbide, surface physics, structural properties, electronic properties, dynamical properties, superconductivity.