توصيفگر ها :
دي فلورايد منيزيم , رهيافت تنگ بست مبتني بر تابعي چگالي , نظريه تابعي چگالي , نقص شاتكي , نقص فرنكل
چكيده فارسي :
بلور ديفلورايد منيزيم يكي از بلورهاي اپتيكي مهم با خواص فوقالعاده است كه براي پوششهاي ضدبازتاب، سلولهاي خورشيدي، آينههاي
ضدبازتاب، ليزرهاي حالت جامد و ليزر اگزايمر بهكار ميرود. يكي از مسائل بسيار مهم در بلورهاي اپتيكي، نقايص نقطهاي ميباشد كه
ميتواند تاثير چشمگيري بر خواص اپتيكي ماده داشته باشد. از اين رو، در اين پاياننامه، با انجام محاسبات ساختار الكتروني با استفاده از
بستههاي شبيهسازي كوانتومي، خواص ديفلورايد منيزيم در حالت ايدهآل و در حضور نقايص مطرح مورد بررسي قرار ميگيرد. به كمك
رهيافت تنگ بست مبتني بر تابعي چگالي و نظريه تابعي چگالي، كه به ترتيب مبناي بستههاي محاسباتي +DFTB و -Quantum
espresso ميباشند، اين محاسبات صورت گرفتهاند. ساختار نواري مربوط به بلور ايدهآل و بلورهاي داراي نقصهاي شاتكي و فرنكل به
دست آمده و چگالي حالتهاي جزئي رسم گرديدهاند. در هر يك از نقصهاي فرنكل و شاتكي چند پيكربندي مختلف داراي اين نقايص
انتخاب و بررسي شدند. در حضور نقص شاتكي پايدارترين حالت زماني است كه تهيجايهاي ايجاد شده ناشي از حذف جفتِ كاتيون و
آنيون در فاصله كمتري نسبت به يكديگر قرار داشته باشند و در حضور نقص فرنكل نيز، پايدارترين پيكربندي مربوط به حالتي است كه جفت
تهيجاي-بيننشيني نزديك به يكديگر باشند اما نه آنقدر نزديك كه اتم بينابيني به جاي اصلي خود در شبكه بازگردد. در هر دو رهيافت،
نقص شاتكي به عنوان نقص پايدارتر بهدست آمده است. گاف نواري به دست آمده از محاسبات DFT برابر با 𝑉𝑒 89/6 است و گاف
نواري بهدست آمده از محاسبات DFTB برابر با 𝑉𝑒54/12 ميباشد كه به مقدار تجربي 𝑉𝑒46/12 بسيار نزديك است. بعلاوه، ساختار
نواريهاي رسم شده با كد +DFTB، در مقايسه با نواريهاي رسمشده با كد DFT، نوارهاي ظرفيت نسبتاً خوبي دارند اما نوارهاي
رسانش آنطور كه توقع ميرود منطبق با يكديگر نميباشند. پس براي پيدا كردن بهترين ساختار نواري از تركيب هر دو بسته محاسباتي
استفاده شده و مشخص گرديد انجام واهلش با كد espresso-Quantum و محاسبه ساختار نواري با +DFTB بهترين روش براي
محاسبه ساختار الكتروني در حضور نقص است
چكيده انگليسي :
Magnesium fluoride crystal is one of the important optical compound with extraordinary properties, which
is used for anti-reflection coatings, solar cells, anti-reflection mirrors, solid state lasers, and excimer lasers.
One of the most important issues in optical crystals is point defects that can have a significant impact on the
optical properties of the material. Therefore, in this thesis, by performing electronic structure calculations using
quantum simulation packages, the properties of magnesium fluoride in the ideal state and in the presence of
defects are investigated. These calculations have been done with the help of Density Functional Tight Binding
method and Density Functional Theory, which are the basis of computing packages DFTB+ and Quantumespresso, respectively. The band structure corresponding to the ideal crystal and the crystals with Schottky and
Frenkel defects have been obtained and the corresponding partial density of states have been plotted. For each
of the Frenkel and Schottky defects, several different configurations were selected and analyzed. In the case
of Schottky defect, the most stable configuration is the one with closetst possible anion and cation vacancies.
In the presence of the Frenkel defect, the most stable configuration is the one with a close vacancy-interstitial
distance, but not so close that the interstitial atom returns to its original position in the lattice. In both Density
Functional Theory and Density Functional Tight Binding approaches, the Schottky defect is obtained as the
more stable defect. The band gap obtained for pure magnesium fluoride within DFT is equal to 6.89 eV, while
within DFTB is equal to 12.54 eV, which is very close to the experimental value of 12.54 eV. In addition, the
band structures plotted with the DFTB+ code, compared to those plotted with the DFT code, have relatively
good consistent valance bands, but the conduction bands have no acceptable coincidece. Hence, in order to find
the best band structure, a combination of both method is used and it was found that the best way to calculate
the electronic structure in the presence of defects is to perform the relaxation with Quantum-espresso and then
calculate the band structure with DFTB+.
