Διδακτορικός Φοιτητής
Δάφνη Δαβέλου

Email

d.davelou@materials.uoc.gr

Θέμα διδακτορικού

Θεωρητική Μελέτη Διχαλκογενιδίων Μεταβατικών Μετάλλων σε Χαμηλές Διαστάσεις

Τheoretical Study of Transition Metal Dichalcogenides at Low Dimensions

Επιβλέπων

Ρεμεδιάκης Ιωάννης, Μόνιμος επίκουρος καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Επιτροπή

Ρεμεδιάκης Ιωάννης, Μόνιμος επίκουρος καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Κοπιδάκης Γεώργιος, Αναπληρωτής καθηγητής ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Κιοσέογλου Γεώργιος, Αναπληρωτής καθηγητής ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Περίληψη

Η απομόνωση του γραφενίου και άλλων υλικών ατομικού πάχους δημιούργησε έντονο ενδιαφέρον για τα διδιάστατα (2D) κρυσταλλικά στερεά. Ξεχωριστή θέση μέσα στην οικογένεια των διδιάστατων υλικών, η οποία μεγαλώνει συνεχώς, κατέχουν τα διχαλκογενίδια μεταβατικών μετάλλων (MX2 όπου M=Mo ή W και X=S, Se, Te), τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σαν καταλύτες ή λιπαντικά. Τα διχαλκογενίδια μεταβατικών μετάλλων, μελετώνται ενταντικά καθώς σχηματίζουν πληθώρα από δομές ανάλογες με τον άνθρακα, όπως φουλερένια, νανοσωλήνες, νανοκορδέλες και άλλες, ενώ παρουσιάζουν εντυπωσιακές οπτο-ηλεκτρονικές ιδιότητες. Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή εξετάζουμε τις ηλεκτρονικές ιδιότητες τέτοιων καινοτόμων υλικών και την δυνατότητα ρύθμισης των οπτο-ηλεκτρονικών χαρακτηριστικών τους, σύμφωνα με την διάσταση του υλικού. H έρευνά μας επικεντρώνεται σε διδιάστατα (2D) διχαλκογενίδια μεταβατικών μετάλλων και μονοδιάστατες (1D) νανοκορδέλες και θα χωριστεί στα εξής στάδια. Αρχικά θα μελετήσουμε τις ηλεκτρονικές ιδιότητες σε νανοδομές ΜoS2, MoSe2, WS2 και WSe2 με υπολογισμούς πρώτων αρχών (Density Functional Theory) και με χρήση κατά κύριο λόγο πακέτων ελεύθερου λογισμικού όπως το “Grid-based Projector Augmented Wave Method (GPAW)” . Στη συνέχεια θα εξετάσουμε τη φύση των μεταλλικών καταστάσεων μελετώντας τις κυματοσυναρτήσεις στα άκρα της δομής με βάση τη θεωρία του Shockley, ενώ με βάση τη μέθοδο γραμμικού συνδυασμού ατομικών τροχιακών (LCAO) θα αναπτύξουμε το κατάλληλο μοντέλο για την μελέτη των ενεργειακών κβαντικών καταστάσεων. Ακόμη, με την εισαγωγή χημικών προσμίξεων στα άκρα, όπως ατόμων Ο ή ρίζες –ΟΗ, θα πάρουμε μια πιο ρεαλιστική εικόνα της συμπεριφοράς των υλικών μας όταν αυτά αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα και θα δούμε κατά πόσο επηρεάζονται οι ηλεκτρονικές τους ιδιότητες. Τέλος, ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον θέμα που θα μελετήσουμε είναι φαινόμενα μεταφοράς στο μονοδιάστατο ανάλογο των επαφών Shottky και p-n.

Abstract

The isolation of graphene and other materials of atomic width caused intense interest in two-dimensional (2D) solid crystals. In the family of 2D materials, which is continuously growing, special place is held by the transition metal dichalcogenides (MX2 where M=Mo or W and X=S, Se, Te), materials that are widely used in catalysis or as lubricants. Transition metal dichalcogenides, have been extensively studied due to the fact that they form a huge variety of structures, such as fullerenes, nanotubes, nanoribbons etc, while at the same time they present unique opto-electronic properties. In this PhD thesis we study the electronic properties of such novel materials and the possibility of tuning their opto-electronic characteristics, according to the dimension of the material. Our research is focused on 2D transition metal dichalcogenides and 1D nanoribbons and it consists of the following steps. First of all, we will study the electronic properties of ΜoS2, MoSe2, WS2 and WSe2 through first principle calculations (Density Functional Theory), by using mainly open source packages such as “Grid-based Projector Augmented Wave Method" (GPAW). For the second part of our research we will examine the nature of the metallic states, through the wavefunctions at the edges of the structures according to the Shockley model, while with the Linear Combination of Atomic Orbitals theory (LCAO) we will study the energy states. Also, with the introduction of defects such as oxygen atoms or hydroxyl radicals in our structures, we will be able to study a more realistic behavior of our materials when they interact with the atmosphere and we will conclude on how much their electronic properties are affected by their environment. Finally, a specifically interesting subject we plan to examine is the transport properties of the 1D analogue of Shottky and p-n junctions.

facebook icon