A DFT study on electronic properties of transition metal doped boron nitride nanotubes

Abstract

Bu tezde başlıca bor nitrür nanotüplerin (BNNTler) spine bağlı elektronik yapı özelliklerine odaklanılmıştır. Bu özellikleri inceleyebilmek için Atomistix Toolkit (ATK) adlı bir yazılım paketi vasıtasıyla Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) hesaplamaları yapılmıştır. Tüp yarçapları değiştirilerek oluşturulan sonsuz uzunlukta saf ve katkılı BNNTler incelenmiştir. BNNTlerde ortaya çıkabilecek manyetizma ve/veya muhtemel spine bağlı davranışı gözlemlemek için, sistemdeki atomların yerine geçen geçiş metal atomlarından oluşan katkılar kullanılmıştır. Bu nedenle, katkı konsantrasyonu düşük katkılı BNNTlerin manyetik özellikleri de incelenmiştir. Genel olarak, kiral vektörleri (n,m) = (4,0), (6,0) ve (8,0) olan zigzag BNNTler incelenmiştir. DFT hesaplamalarının sonuçlarına göre, bir BNNTnin enerji bant boşluğu ve elektronik yapı davranışı kiral vektörü ve yarıçapı tarafından belirlenmiştir. Saf BNNTlerin durum yoğunluğu spektrumları spin simetrik olmasına rağmen, geçiş metal atom katkılı olanların spektrumları spin asimetrik elde edilmiştir. Bu durum, spin polarizasyonuna veya spine bağlı elektronik yapı özelliklerine sebep olmaktadır. Ayrıca, hem katkı türünün hem de katkı konumunun spine bağlı elektronik transportu yönlendirdiği gözlemlenmiştir. BNNTler spintronik alanında ve yeni teknolojide temel yapılar olarak kullanılabilecek yapılardır.

In this thesis, we mainly concentrated on spin unrestricted electronic structure properties of boron nitride nanotubes (BNNTs). In order to reveal these properties, Density Functional Theory (DFT) calculations were performed through the software package Atomistix ToolKit (ATK). Both pure and doped BNNTs with infinite lengths were examined, modifying the tube radius. Substitutionally doped transition metal atoms were employed to observe the possible spin dependent behavior and/or to expose the magnetism in BNNTs. Hence, we also investigated the magnetic properties of doped BNNTs with low concentration of dopants. In general, we considered zigzag BNNTs with chiral vectors (n,m) = (4,0), (6,0) and (8,0). The DFT calculations showed that the energy band gap of a BNNT and the electronic structure behavior were determined by its chiral vector or radius. The density of states spectra of pure BNNTs were spin symmetric, however, those of doped ones are spin asymmetric, yielding spin polarization or spin dependent electronic structure properties. Moreover, it was obtained that both the position and type of dopants govern spin resolved electronic transport. BNNTs can be utilized in novel technology and applied in the field of spintronics as fundamental structures.