Adsorption of Te on Ge(001): Density-functional calculations

We present ab initio density-functional calculations for the adsorption of Te on the Ge(001) surface. Various possible adsorption geometries for the 0.5-, 0.8-, 1-, and 2-ML (monolayer) coverages of Te have been investigated. Our results for sub-monolayer coverages confirm earlier results as well as provide some new insight into the adsorption of Te. Furthermore, our results for the 2-ML coverage of Te suggest that the bonding between the overlayer and the substrate has changed significantly. This may provide useful information on possible desorption of Te in the form of strongly bonded Te-2 units

Işık Hasatlayan Nano-Yapıların Elektronik Özellikleri

Kapsam Güneş enerjisinin doğrudan kullanımı, elektron-deşik çifti üretmek için soğurulan fotonların kullanıldığı fotovoltaikler ve boya ile duyarlı hale getirilmiş güneş hücreleri (DSSC) sayesinde mümkün olmaktadır. Bu tür sistemlerde kullanılır elektronlar üretilir ve daha sonra, elektrik üretmek için, ışık hasatlayan moleküller aracılığıyla yarıiletken alttaşına enjekte edilir. Dolaylı faydalanma, ek olarak, bu fotouyarılmış elektronları kullanan kimyasal dönüştürme, yani suni fotosentez, süreçlerini içerir. Yöntem Bu projede bilinenden farklı boya duyarlılaştırıcılar, yoğunluk fonksiyoneli kuramı (DFT) yöntemine dayalı olarak ilk ilkelerden, moleküler seviyede tasarlanacaktır. Güneş ışığı toplayarak yarı iletken alttaşın iletim bandına elektron verebilen moleküler yapıların tasarlanması amaçlanmaktadır. İlk aşamada, hem biyolojik hem inorganik sistemlerden esinlenilerek, güneş ışığı enerjisini kimyasal bağlarda depolamak için aracı olan moleküler yapılar geliştirilecek; ikinci aşamada spektroskopik özellikleri elde etmek için zamana bağlı yoğunluk fonksiyonel kuramı yöntemi (TDDFT) kullanılarak bu moleküllerin fotouyarılma süreçleri araştırılacaktır. Ayrıca DFT ötesi yöntemler, aday moleküler yapıların ışık toplama verimliliğini, elektronik bir uyarılmaya karşı doğrusal tepkileri sayesinde, tanımlamamıza olanak verir. Gerekçe Gratzel hücresi uygulamaları için görünür bölgede foton hasatlayan moleküller dizayn edilecektir. Fotouyarılma sonucu oluşan elektron-deşik ikilisine ait kuvantum durumları zamana bağlı yoğunluk fonksiyoneli teorisi ile incelenecektir. Bu sayede, foton soğurulması sonucu elektronik olarak uyarılabilen ve muhtemel yarıiletken alttaşın iletkenlik bandına elektron enjekte edebilecek güneş ışığı hasatlayan moleküler yapılar dizayn edilecektir. Beklenilen Bulgu Projede güneş hücresi uygulamalarına yönelik, görünür bölgede foton soğurma verimi yüksek moleküler tasarımlar gerçekleştirilecektir. Bu kuramsal tasarımlar ilk prensiplerden başlanarak yoğunluk fonksiyoneli teorisi (YFT) kullanan benzetişimsel hesaplarla gerçekleştirilecektir. Spektroskopik özellikleri standart YFT ötesi metotlar kullanılarak elde edilen bu modeller cihaz uygulamalarına yönelik faydalı bilgiler ortaya çıkaracaktır

Faz-Geçişli Üçlü-Bileşikler Ve Metal-Metal-Oksit Arayüzleri Elektroniği: İlk-İlke Hasapları

1. Amaç ve gerekçe: Bu projede iki ayrı sistemin enerji bandları kuramsal olarak hesaplanacaktır. Hesaplar ilk-ilkelerden yola çıkan Yoğunluk Fonksiyoneli Kuramı (DFT) çerçevesinde yapılacak, (LDA) Yerel Yoğunluk ve (GGA) Genelleştirilmiş Gradyan yaklaşımları sonuçları birbirleri ile karşılaştırılacaktır. İncelenecek birinci sistemde üçlü-bileşik bir malzemenin (phase-change material) kristal – amorf – kristal tersinir faz geçişleri çalışılacaktır. İkinci sistemde ise bir geçiş metali oksitinin değerli metallerle oluşturduğu arayüzeyler çalışılacaktır. Elektronik yapı elde edilecek enerji bandları, durum ve yük yoğunluk dağılımları kullanılarak yorumlanacak, ve literatürde mevcut bulunan deneysel ve diğer kuramsal sonuçlarla karşılaştırılması yapılacaktır. 2. Konunun güncel durumu: Seçmiş olduğumuz birinci sistem GST malzemeleri adı ile bilinen (GeTe)m(Sb2Te3)n gibi faz-geçişli üçlü-bileşikler olup, CD (Compact Disk), DVD (Dijital Versatil Disk), BD (Blu-ray Disk) gibi optik depolama aygıtlarının veriminin artırılmasında gelecek vaadeden adaylar olarak gösterilmektedir. Bu alanda amorf ve kristal yapılar arasındaki faz geçişi GST bileşiklerinin en önemli özelliğidir. Farklı şiddet ve frekanslarda uygulanan elektriksel ve optiksel uyarmalar, bu iki faz arasında hızlı ve geri dönüşümlü faz değişimlerine neden olmaktadır. Bu sistemi Sibel Kurt ab initio hesaplarla inceleyecektir. Bu konuda elde ettiğimiz ön sonuçları geçtiğimiz Ağustos’ta Türk Fizik Derneği 28.nci Uluslararası Fizik Kongresi’nde sözlü bildiri olarak sunmuştur. Çalışmakta olduğumuz diğer sistem ise gerek heterojen kataliz konusunda gerekse ışık hasatlayan boyar moleküllerle veya değerli metal topakları ile duyarlandırılabilen yüzeylere sahip geniş bant aralıklı bir yarı-iletken olan titanyadır. Bu nedenle kararlılıkları ile de bilinen titanya yüzeyleri, Gratzel mimarisi ile tasarlanmış güneş pilinin vazgeçilemez bir unsurudur. Her iki konu da (kataliz ve güneş pili) oldukça güncel, ve uygulamaya yönelik çözümlerine yakın gelecekte erişilebilineceği ümit edilen araştırma konularıdır. Şimdiye kadar bu sistem üzerine Kıvılcım Başak Vural’ın yapmış olduğu ön çalışmalardan çeşitli bilimsel toplantılarda çok sayıda poster sunulmuş, ve bir Yüksek Lisans tezi bitirilmiştir. 3. Araştırmanın kapsamı ve iş planı: Bu projede yapılacak hesaplamalar için VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) programı kullanılacaktır. Sistemi oluşturacak periyodik süper hücre olarak atomik tabakalar ve boşluktan oluşan bir yapı gözönüne alınacaktır

CHEMISORPTION OF A P-ADSORBATE ON PEROVSKITES

The chemisorption of an oxygen adatom on the (001) surface of a perovskite crystal is examined parametrically. An empirical tight-binding method is used in the calculations. The adatom is assumed to chemisorb in a head-on position to the surface cation and the effects of the following parameters are investigated: the orbital interaction V(p) between adatom and surface cation, the difference DELTAE(d) in the self-energies of a surface cation and a bulk one, and the local perturbation DELTAw0 on the self-energy of the surface cation that participated in the chemisorption bond. As a result of chemisorption the oxygen adatom shares the delocalized surface states of the perovskite, and in addition to that two peaks appear next to the surface states, one below the surface band being a bonding state and one above it, being an antibonding state. The change in chemisorption energy with the adatom-surface interaction strength has been investigated

Electronic-structure of strained sin/gen(001) superlattices

Using the empirical tight binding method we have investigated the electronic properties of the Sin/Gen(001) strained superlattices as a function of the superlattice periodicity and the band misfit. For n ≥ 4 we have found that first and second conduction band states are localized in Si. The hole states localized in Ge appear for n ≥ 4. The difference between the direct and indirect band gaps is reduced from 2.01 eV for bulk Si to 0.01 eV for n=6 which can be considered to be quasi-direct. For the cases n=6 and n=8, the band gap might become direct for large values of band misfit

Effect of hydrogenation on B/Si(001)-(1 x 2)

Ab initio calculations, based on pseudopotentials and density functional theory, have been performed to investigate the effect of hydrogenation on the atomic geometries and the energetics of substitutional boron on the generic Si(001)-(1 x 2) surface. For a single B atom substitution corresponding to 0.5 ML coverage, we have considered two different sites: (i) the mixed Si-B dimer structure and (ii) boron substituting for the second-layer Si to form Si-B back-bond structure, which is energetically more favorable than the mixed Si-B dimer by 0.1 eV/dimer. However, when both of these cases are passivated by hydrogen atoms, the situation is reversed and the Si-B backbond case becomes 0.1 eV/dimer higher in energy than the mixed Si-B dimer case. For the B incorporation corresponding to 1ML coverage, among the substitutional cases, 100% interdiffusion into the third layer of Si and 50% interdiffusion into the second layer of Si are energetically similar and more favorable than the other cases that are considered. However, when the surface is passivated with hydrogen, the B atoms energetically prefer to stay at the third layer of the Si substrate. (c) 2007 Elsevier B.V.. All rights reserved

Atomic and electronic structure of group-IV adsorbates on the GaAs(001)-(1 x 2) surface

Ab initio calculations, based on pseudopotentials and density functional theory, have been performed to investigate the atomic and electronic structure of the group-IV adsorbates (C, Si, Ge, Sn, and Pb) on the GaAs(001)-(1 x 2) surface considered in two different models: (i) non-segregated Ga-IV-capped structure and (ii) segregated structure in which the group-IV atoms occupying the second layer while the As atom floats to the surface. The non-segregated structure is energetically more favorable than the segregated structure for Sn and Pb, whereas it is the other way around for C, Si, and Ge

Atomic and electronic structure of Bi/GaAs(001)-alpha 2(2x4)

We report an ab initio pseudopotential calculation for the atomic and electronic structure of Bi/GaAs(001)-alpha 2(2 x 4). Three structural models with Bi coverages of Theta = 1/4 are considered, containing one Bi dimer or two Bi-As mixed dimers. According to our calculations for this coverage, the atomic model of the Bi/GaAs(001)-(2 x 4) reconstruction is similar to the alpha 2 structure of the clean GaAs(001)-(2 x 4) surface in which the top As dimer is replaced by a Bi dimer. This result is in agreement with the most recent scanning tunneling microscopy work

Atomic and electronic structure of Sr/Si(001)-(2 x 2)

The adsorption of Sr on the Si(001) surface with the semiantiphase dimer (2 x 2) reconstruction is studied, based upon the ab initio pseudopotential calculations. It is calculated that the sermantiphase dimer (2 x 2) reconstruction (2 dimers per unit cell) is more favorable than the (2 x 1) phase (I dimer per unit cell) by an energy of about 0.24 eV/dimer. Considering the energetically more stable reconstruction, we have assumed four possible locations for 1/4 monolayer (ML) Sr adsorption on this surface: (i) bridge, (ii) cave, (iii) pedestal, and (iv) valley-bridge. We find that Sr adsorption on the valley-bridge site is energetically more favorable than all other cases studied here. Interestingly, one of the dimers becomes symmetric, but the other one is still asymmetric with the buckling angle reduced from 18 degrees to 14 degrees, when compared with the clean Si(001)-(2 x 2) surface. The calculated bond length between Sr and Si in the case of valley-bridge adsorption site is 3.05 angstrom, and in good agreement with other theoretical calculations. We also present and compare the electronic band structures for the clean and covered surfaces as well as the corresponding charge density plots