This item is provided by the institution :

Repository :
E-Locus Institutional Repository
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2004 (EN)
Θεωρητική μελέτη νανοσωλήνων πυριτίου - άνθρακα
Theoretical investigation of Si - C nanotubes

Μαυραντωνάκης, Ανδρέας (EL)
Mavrandonakis, Andreas (EN)

Την τελευταία δεκαετία, τα μονοδιάστατα νανο-υλικά έχουν προσελκύσει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω της πιθανής χρήση τους στη νανο-ηλεκτρονική. Έπειτα από την ανακάλυψη των νανοσωλήνων άνθρακα το 1991 από τον Iijima, αρκετές επιστημονικές ομάδες έχουν στρέψει την προσοχή τους στις φυσικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες των νανοσωλήνων άνθρακα. Οι δυο κύριες κατευθύνσεις των ερευνητών επικεντρώνονται: α) στη μελέτη των ήδη υπαρχόντων νανοσωλήνων και β) στο σχεδιασμό νέων νανοσωλήνων, αποτελούμενων από άλλα άτομα εκτός του άνθρακα, με βελτιωμένες ιδιότητες. Κινούμενοι στο δεύτερο στόχο, ο Ledoux και οι συνεργάτες του ήταν οι πρώτοι που κατάφεραν να συνθέσουν νανοσωλήνες Si–C. Αργότερα και άλλες ερευνητικές ομάδες συνέθεσαν νανοσωλήνες Si – C. Αυτοί οι σωλήνες είχαν μορφολογία παρόμοια με αυτή των σωλήνων άνθρακα. Εντούτοις η δομή αυτού του νέου υλικού δεν ήταν απολύτως διευκρινισμένη. Το μόνο δεδομένο είναι ότι αυτό το υλικό αποτελείται από πυρίτιο και άνθρακα σε ίσο ποσοστό (50%). Έτσι, χρησιμοποιώντας μεθόδους από πρώτες αρχές προτείνουμε δομές και μελετάμε τη σταθερότητα αυτών των νέων νανοσωλήνων. Η μελέτη από πρώτες αρχές έχει εφαρμοστεί και παλιότερα με επιτυχία στη μελέτη τόσο των νανοσωλήνων άνθρακα όσο και των νανοσωλήνων άλλων στοιχείων. Επίσης γίνεται και μια πρόβλεψη των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων των νανοσωλήνων Si – C άπειρου μήκους. Πιο συγκεκριμένα, με χρήση της θεωρίας DFT προτείνουμε δυο διαφορετικού τύπου νανοσωλήνες Si – C, που προκύπτουν από τους καθαρούς σωλήνες άνθρακα μετά από την αντικατάσταση των μισών από τα ανθρακικά κέντρα με πυρίτιο. Στους σωλήνες τύπου 1, κάθε άτομο άνθρακα ενώνεται με τρία άτομα πυριτίου, ενώ στους σωλήνες τύπου 2, κάθε άτομα άνθρακα ενώνεται με δυο άτομα πυριτίου και άλλο ένα άτομο άνθρακα. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι οι τύπου 1 σωλήνες είναι σταθερότεροι από τους τύπου 2. Όμως, οι τύπου 2 εμφανίζουν σημαντικά ηλεκτρονικά χαρακτηριστικά που δεν παρατηρούνται στους σωλήνες τύπου 1. Ο υπολογισμός των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων έγινε για συστήματα άπειρου μήκους και εφαρμόζοντας θεωρία Μοριακής υναμικής στην προσέγγιση της Ισχυρής Σύζευξης ( Tight Binding Molecular Dynamics ). (EL)
In the past 10 years, one-dimensional nanomaterials have attracted considerable attention for their potentional use in nanoelectronics. After the discovery of carbon nanotubes by Iijima in 1991, much scientific interest was focused on the physical and electronic properties of these new materials. Generally speaking there are two research directions: studying the properties of existing nanomaterials and designing new materials that present specific properties. Following the second direction, many research groups tried either to synthesize new nanotubes based on elements other than carbon or to theoretically model hypothetic tubes. In both cases the first candidate to substitute carbon was silicon. Chasing the second goal, Ledoux and his collaborators were the first that synthesized Si–C nanotubes. Later, two more research groups produced Si-C nanotubes. These tubes had morphology similar to the structure of carbon tubes. However the structure of this new material was not absolutely clarified. The only fact is that this material is constituted by silicon and coal in equal percentage (50%). Thus, using ‘ab initio’ methods, we propose structures for these new tubes and study their stability. The ‘first principles’ techniques have also been applied successfully in the study of nanotubes, made of carbon or other elements. Also, we predict the electronic characteristics of these Si–C nanotubes. Taking into account Density Functional Theory, we propose two different types of Si- C tubes that are created from pure carbon tubes after replacing half of the carbon atoms with silicon. In type 1 tubes, each carbon atoms is linked to three silicon atoms, while in type 2 tubes, each carbon atom is linked to two silicon atoms and another carbon atom. Our results show that type 1 tubes are more stable than type 2. However, type 2 tubes present important electronic characteristics that are not observed in type 1. The calculation of their electronic attributes is done for systems of infinite length and applying the theory of Tight Binding Molecular Dynamics. (EN)

Τύπος Εργασίας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

Nanotubes , silicon carbide , theoretical , computational , ab initio methods , DFT , Density Functional Theory , Density of States , DOS , νανοσωλήνες , καρβίδιο του πυριτίου , θεωρητική , υπολογιστική, προσομοίωση , μέθοδοι από πρώτες αρχές , Θεωρία του Συναρτησιακού της Πυκνότητας , Πυκνότητα Καταστάσεων


Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Χημείας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)