شماره مدرك
21054
شماره راهنما
2479 دكتري
پديد آورنده
مسجدي، منيره
عنوان
خواص حسگري سيستمهاي دوبعدي هيدرات بروفين و سيليسين
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
ماده چگال
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
يازده، 97 ص،مصور جدول نمودار
توصيفگر ها
هيدرات بروفين , سيليسين , كد turbo-EEls , انرژي پلاسمون , حسگر فشار , حسگر گاز
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/28
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
فيزيك
دانشكده
فيزيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/29
كد ايرانداك
23216508
چكيده فارسي
در اين پژوهش، پاسخ پلاسموني تكلايههاي سيليسين و هيدرات بروفين تحت تأثير فشار مكانيكي و جذب مولكولهاي گازي بهطور جامع مورد بررسي قرار گرفت. فشارهاي مكانيكي در راستاهايa، bو بهصورت دوجهته اعمال شدند تا اثر تغييرات شبكه بر انرژي پلاسمون و رفتار جمعي الكترونها تحليل شود. نتايج نشان داد كه حتي فشارهاي بسيار كوچك، در محدوده %0.001 تا %0.01 ،موجب جابجايي قابل توجه انرژي پلاسمون ميشوند؛ بهطور مثال، انرژي پلاسمون سيليسين در حالت بدون فشار
17/8 الكترونولت بود كه تحت فشار %01/0 در حالت دوجهته به مقدار 101/8 الكترونولت كاهش يافت. اين تغييرات نشاندهنده حساسيت بسيار بالاي ساختار دوبعدي به تغييرات شبكه و نقش كليدي اوربيتال pدر تقويت نوسانات جمعي و كاهش فركانس پلاسمون است. تحليل رفتار جمعي الكترونها نشان داد كه فشار مكانيكي باعث افزايش چگالي الكتروني در نواحي فعال و تقويت دامنه نوسانات ميشود، در حالي كه انرژي لازم براي تحريك اين نوسانات كاهش مييابد. اين ويژگي اهميت سيليسين به عنوان حسگر فشار فوقحساس را برجسته ميكند.
اثر جذب گازها بر هيدرات بروفين نيز بهطور جداگانه بررسي شد. جذب گاز CO_2 موجب جابجايي آبي انرژي پلاسمون به 78/10 الكترونولت شد، در حالي كه H_2 S و SO_2 اثرات متفاوتي از جمله كاهش جزئي انرژي و تغيير شدت ستيغ پلاسمون را نشان دادند. تحليل چگالي حالات جزئي نشان داد كه اوربيتال p بيشترين سهم را در تشكيل حلقه ديراك و پاسخ پلاسموني دارد و تغييرات انرژي پلاسمون با تغيير چگالي اين اوربيتال رابطه مستقيم دارد، كه نقش مكانيزمهاي انتقال بار و اثر دوقطبي مولكولها را در رفتار حسگري تأييد ميكند.تغييرات انرژي پلاسمون با تغيير چگالي اين اوربيتال رابطه مستقيم دارد.نتايج كلي نشان ميدهد كه انرژي پلاسمون شاخصي بسيار حساس براي آشكارسازي تغييرات مكانيكي و شيميايي در مواد دوبعدي است. تركيب فشار مكانيكي و جذب گازها، امكان تشخيص تغييرات جزئي در ساختار شبكه و محيط سطحي را فراهم ميكند و رفتار پلاسموني ماده بهطور مستقيم با توزيع اوربيتالها و تغييرات چگالي الكترون مرتبط است. بنابراين، هيدرات بروفين و سيليسين بهعنوان مواد دوبعدي با ساختار پايدار و حساسيت بالا، گزينههاي ايدهآل براي توسعه حسگرهاي فشار و گازي فوقحساس در مقياس نانو و كاربردهاي پيشرفته اپتوالكترونيكي محسوب ميشوند.
چكيده انگليسي
In this study, the plasmonic response of monolayer silicene and borophene hydride was comprehensively investigated under the influence of mechanical strain and gas molecule adsorption. Mechanical strains were applied along the a and b directions, as well as biaxially, to analyze the effects of lattice modifications on plasmon energy and collective electron behavior. The results showed that even very small strains, in the range of 0.001 to 0.01, lead to significant shifts in plasmon energy; for example, the plasmon energy of silicene decreased from 8.17eV in the unstrained state to 8.101eV under a 0.01 biaxial strain. These changes indicate the extreme sensitivity of the two-dimensional lattice to structural variations and highlight the crucial role of the p orbital in enhancing collective oscillations and reducing plasmon frequency. Analysis of collective electron behavior revealed that mechanical strain increases the electron density in active regions and amplifies the oscillation amplitude, while reducing the energy required to excite these modes; this feature emphasizes the potential of silicene as an ultra-sensitive pressure sensor.
The effect of gas adsorption on borophene hydride was also examined separately. Adsorption of CO2 caused a blue shift in plasmon energy to 10.78eV, whereas H2s and SO2 produced different effects, including slight reductions in energy and changes in the plasmon peak intensity. Partial density of states (PDOS) analysis indicated that the p orbital contributes most significantly to the formation of the Dirac ring and the plasmonic response, with plasmon energy variations directly correlated to changes in the electron density of this orbital. This finding confirms the role of charge-transfer mechanisms and molecular dipole effects in the sensing behavior.
Overall, the results demonstrate that plasmon energy is a highly sensitive indicator for detecting mechanical and chemical changes in two-dimensional materials. The combination of mechanical strain and gas adsorption allows the detection of subtle variations in lattice structure and surface environment, with plasmonic behavior directly linked to orbital distribution and electron density changes. Therefore, borophene hydride and silicene, as stable and highly sensitive two-dimensional materials, represent ideal candidates for the development of ultra-sensitive pressure and gas sensors at the nanoscale, providing a solid foundation for the design and optimization of advanced nanodevices and optoelectronic applications.
استاد راهنما
اسماعيل عبدالحسيني سارسري
استاد مشاور
مجتبي اعلائي
استاد داور
محمد مرداني كراني , فرهاد فضيله , زهرا نوربخش