Grafen kuantum noktaların düzensizliklerden doğan elektrik ve manyetik özellikleri

Abstract

Bu tezde, armchair kenarlı, altıgen şeklindeki Grafen Kuantum Noktalarında ikiboşluk modelleyerek, atomik çökme bölgesindeki manyetik davranışlarını incelemeyihedefledik. Grafenin ölçülen, relativistik elektron iletim özelliği bizi; atom numarası170'ten fazla olan atomlar için varlığı teorik olarak ispat edilmiş, atomik çökme davranışını düşük enerji seviyelerinde gözlemlememize izin verir. İlk olarak; grafende görülenatomik çökme durumunu, armchair kenarlı altıgen grafen Kuantum Noktalarında merkezebir Coulomb potansiyeli koyup, sıkı bağ modelini kullanarak inceledik ve literatür ileuyumlu sonuçlar elde ettik. Bunun üzerine elektron spinlerini de hesaba katan bir modelolan ortalama-alan Hubbard modelini kullanarak, kuantum noktanın manyetik özellikleriniincelemeye geçtik. Kullandığımız grafen kuantum noktaları üzerinde iki adet atomikboşluk modelleyip, aralarındaki mesafeyi ve duruş yönlerini değiştirdik. Ayrıca yarattığımızboşlukların bulunduğu pozisyonlara Coulomb potansiyeli uygulayarak atomik çökmebölgesindeki manyetik davranışları gözlemledik. Ayrıca, elde ettiğimiz sonuçlarla RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) etkileşimi modeline göre elde edilmiş sonuçları karşılaştırdık. Bu model manyetik momente sahip safsızlık atomlarının metale ait elektronlarvasıtasıyla dolaylı bir şekilde birbiriyle etkileşimini tanımlar. Yaptığımız çalışmalarda artanCoulumb potansiyelinin ve atomik boşluklar arasındaki artan mesafenin atomik boşluklaretrafındaki elektronlar arasındaki korelasyonu azalttığını gözlemledik. Ferromanyetikve anti-ferromanyetik taban durumu enerji farkı ile orantılı olan; etkileşim katsayısınınönceden RKKY metodu ile bulunan sonuçlarla uyumlu sonuç verdiğini bulduk. Ayrıcadeğişen Columb potansiyelinin atomik çökme davranışından bağımsız olarak ferromanyetik-anti-ferromanyetik faz değişimine yol açtığını gözlemledik (AA durumu). Ayrıcamanyetik faz değişimi ile atomik boşluk durumlarının enerji farkları arasında direkt birbağlantı olmadığını gözlemledik.

In this thesis, we aim to study magnetic properties of hexagonal shaped graphenequantum dots with armchair edge in the case of atomic collapse by modelling two vacancieson it. The measured relativistic electron transport property of the graphene allows usto observe the phenomenon called `atomic collapse` in a small energy scale which existenceis proven theoretically before for atoms whose atomic number is higher than 170.First we modelled a Coulomb potential at the center of a hexagonal shaped and armchairedged GQD and examined by using tight-binding method. We obtain similar results withprevious works. After that, we started to study magnetic properties of the dot by meanfieldHubbard method which includes spins into calculation. We modelled a vacancyclose to the center of the dot and examined electronic and magnetic properties by MFHmetod. Also we modelled two vacancies on the dot that we changed the distance betweenthem and the direction respectively. Also by applying Coulomb potential at the centerof the vacancies we examined magnetic behaviour at the atomic collapse regime. Also,we compared our results with the works obtained by using RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) interaction method which considers the indirect interactions of magneticimpurities that uses electrons of metallic substrates. We found that increasing Coulombpotential and increasing distance between the vacancies, reduces correlations of electronsaround the vacancies. The ground state energy difference between ferromagnetic and antiferromagneticsystems, that proportional to interaction strength, shows similar behaviourthat has been observed by using RKKY method. Also if we take out two atoms from thesame sublattice and with the same spin property, changing Coulomb potential leads toferromagnetic-anti-ferromagnetic phase transition, independent from the atomic collapsebehaviour. Also we observed that there is no direct link between the magnetic transitionand the energy difference of the vacancy states.