Υπολογισμοί από πρώτες αρχές στρωματικών οξειδίων - Κατσικογιάννη, Πηνελόπη Τατιανή (Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2018)
Η ανακάλυψη του γραφενίου και οι εντυπωσιακές ιδιότητές του οδήγησαν σε μεγάλη ανάπτυξη στην έρευνα για ανακάλυψη και μελέτη και άλλων δισδιάστατων υλικών. Οι εξαιρετικές ιδιότητες και η σταθερότητα που παρουσιάζουν αυτές οι δισδιάστατες δομές τα καθιστούν ιδανικά για πολλές εφαρμογές. Για το λόγο αυτό στην μεταπτυχιακή αυτή εργασία θα μελετηθούν δύο στρωματικά οξείδια, το οξυιωδιούχο βισμούθιο και το οξυσεληνιοδιούχο βισμούθιο. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η κατηγοριοποίησή τους, οι τρόποι απομόνωσης και χαρακτηρισμού τους, καθώς και κάποια βασικά δισδιάστατα υλικά (γραφένιο, βοριονιτρίδιο, χαλκογενίδια μετάλλων μετάπτωσης, οξείδια μετάλλων μετάπτωσης). Τα υλικά αυτά παρουσιάζουν ενδιαφέρουσες εφαρμογές σε ένα ευρύ τεχνολογικό πεδίο που περιλαμβάνει ηλεκτρονικά, μηχανικά και βιολογικά συστήματα. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται οι υπολογιστικές μέθοδοι με τις οποίες προσεγγίζεται η περιγραφή των δομών αυτών. Με χρήση υπολογιστικών προσομοιώσεων προσδιορίζονται οι ιδιότητες των υλικών αυτών, η γνώση των οποίων είναι απαραίτητη για την περαιτέρω αξιοποίηση στις εφαρμογές τους. Στην παρoύσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η Θεωρία Συναρτησιοειδούς της Πυκνότητας (Density Functional Theory, DFT) η οποία ακολούθησε μια σειρά προγενέστερων προσεγγίσεων στην επίλυση του προβλήματος πολλών σωματιδίων, όπως η προσέγγιση Hartree και η προσέγγιση Hartree-Fock. Οι υπολογισμοί έγιναν με τη χρήση του λογισμικού Quantum Espresso στην υπολογιστική υποδομή του ARIS. Στο τρίτο κεφάλαιο και αφού έχει αναπτυχθεί το θεωρητικό υπόβαθρο, πραγματοποιούνται υπολογισμοί στη δομή του γραφενίου και στη δομή του οξειδίου του κασσίτερου και παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα όπως είναι οι βασικές ηλεκτρονιακές ιδιότητες και η πυκνότητα καταστάσεων. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα αλογονίδια οξειδίου του βισμουθίου και στη συνέχεια μελετάται διεξοδικά το οξυιωδιούχο βισμούθιο (BiOI) το οποίο παρουσιάζει εξαιρετικές φωτοκαταλυτικές ιδιότητες. Γίνονται υπολογισμοί DFT και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα στη τρισδιάστατη και τη μονοστρωματική μορφή του για τις ηλεκτρονικές του ιδιότητες, την πυκνότητα καταστάσεων και τη συνάρτηση ηλεκτρονιακού εντοπισμού. Μελετάται η επίδραση που έχει η εισαγωγή ατελειών στο καθαρό υλικό και γίνεται σύγκριση για τις ενέργειες σχηματισμού σε συνάρτηση με τον αριθμό στρωμάτων. iv Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το οξυσεληνιοδιούχο βισμούθιο (Bi2O2Se)το οποίο φαίνεται να έχει μεγάλες δυνατότητες σε εφαρμογές για θερμοηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές. Κι εδώ γίνονται υπολογισμοί DFT και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα στη τρισδιάστατη, μονοστρωματική και διστρωματική μορφή του για τις ηλεκτρονικές του ιδιότητες, την πυκνότητα καταστάσεων και τη συνάρτηση ηλεκτρονιακού εντοπισμού. Επίσης, όπως και με το BiOI, μελετάται η επίδραση που έχει η εισαγωγή ατελειών στο καθαρό υλικό και προσδιορίζονται οι ενέργειες σχηματισμού σε συνάρτηση με τον αριθμό στρωμάτων.