Molecular dynamics simulation study of silicon nanotubes

Abstract

Karbon ve silikon elementleri periyodik tabloda aynı grupta bulunduklar³ ve benzer elektronik konfigurasyonlara sahip oldukları için bilinen karbon nanotüpler gibi silikon nanotüplerin de bulunması olasılıgı son zamanlarda büyük ilgi toplamaktadır. Tek duvarlı hekzagonal silikon nanotüpler (hSiNT) grafin benzeri silikon yüzeylerin yuvarlanmasıyla oluşturulabilirler. Literatürde bulunan kuramsal öngörülerin pek çoğu bu tür silikon nanotüpler üstünedir.Bu tezde tek duvarlı hekzagonal silikon nanotüplerin simulasyonu yarı-ampirik sıkı-bag moleküler dinamik (TBMD) teknikleri kullanılarak yapılmaktadır. Uygun sıkı-bağ çift potansiyel parametreleri ab initio hesaplama sonuçlarına çakıştırılarak belirlenmiştir. Hekzagonal silikon nanotüpler için bu değerler literatürde verilen toplam enerji değerlerini verecek şekilde optimuma getirilmiştir. Farklı simetrik yapıdaki tek duvarlı hSiNT'ler için çalşmalar yapılarak kiralite ve yarıçapın enerji, germe enerjisi ve elektronik durum yoğunluğu üzerine etkisine bakılmıştır. TBMD simulasyon sonuçlarımız verilmiş ve hSiNT'lerin kararlı olup olamayacakları tartışılmıştır.

Since carbon and silicon lie in the same group of elements in the periodic table and have similar electronic configurations, the possibility of having silicon nanotubes similar to the conventional carbon nanotubes have attracted much recent attention. Single walled silicon hexagonal nanotubes (hNTs) should be formed by rolling-up graphene-like silicon sheets. In recent literature, many correlative theoretical predictions have been performed on such silicon nanotubes.In this thesis work, a semi-empirical tight-binding molecular dynamics (TBMD) technique is employed in the simulation studies of single walled silicon hNTs. Appropriate tight-binding pair potential parameters are obtained by fitting the results of ab initio calculations. We optimized the silicon hNTs having the same predicted total energy values reported in the literature. The effects of chirality and diameter on the energetics, strain energies, and electronic density of states of single walled silicon hNTs have been studied on several types of armchair and zigzag nanotubes. We present the results of our TBMD simulations and discuss about the possible stability of silicon hNTs.