Kalkogenidinanopartikkelien elektronirakennelaskut ja molekyylidynamiikka
Kari, Hannu (2011)
Kari, Hannu
2011
Teknis-luonnontieteellinen koulutusohjelma
Luonnontieteiden ja ympäristötekniikan tiedekunta - Faculty of Science and Environmental Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2011-11-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-2011111814891
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-2011111814891
Tiivistelmä
Elektroniikan käyttö yleistyy koko ajan ja uusia sovelluskohteita kehitetään jatkuvasti. Kehityksen myötä elektroniikan komponenteilta vaaditaan uusia ominaisuuksia, joista erityisesti komponenttien koko on merkittävä tekijä. Uusien sovellusten odotetaan tarjoavan entistä monipuolisempia toimintoja. Käytännössä tämä tarkoittaa tehokkaampaa tapaa kerätä, tallentaa ja soveltaa tietoa. Tarvitaan siis pienikokoisia ja nopeita muistikomponentteja. Eräs tulevaisuuden komponenttien valmistusmateriaaleista on kalkogeenipohjaiset yhdisteet, joihin tässä työssä tutkittava GeTe-materiaali kuuluu.
Tämän työn tarkoituksena on perehtyä laskennallisin menetelmin halkaisijaltaan 6-26Å suuruisiin GeTe-nanopartikkeleihin. Vertailua suoritettiin passivoitujen amorfisen ja kiteisen faasin välillä. Kiteisen nanopartikkelin rakenteen valintaa varten suoritettiin simulointeja passivoidun GeTe-rakenteen (100)- ja (111)-pinnoille. Lähtökohtana kidemäisille nanopartikkeleille on ruokasuolakiteen kuutiomainen rakenne, jota GeTe:n on havaittu noudattavan korkeissa lämpötiloissa. Matalissa lämpötiloissa rakenteen on havaittu muuttuvan ortorombiseksi eli rakenteen voidaan ajatella venyvän [111]-suunnassa. Työssä tehdyistä simuloinneista on havaittavissa ortorombisen rakenteen kaksi eri sidospituutta sekä pinnoilla että nanopartikkeleilla.
Pinnoille suoritettiin vertailua eri molekyylien adsorptiolle. Tarkasteltavina molekyyleinä olivat fosfiini, metyylitioli ja metyylitiolaatti. Tarkastelu osoitti, että metyylitiolaatin sitoutuminen pinnalle on energeettisesti edullisinta. Geometriaoptimoinnin jälkeen havaittiin, että metyylitiolaatti sitoutui (111)-pinnalla pienellä peiton arvolla ontolle (hollow) paikalle, kuitenkin peiton kasvaessa energiaero atomin päällä (on top) olevaan paikkaan pieneni. (111)-pinnalle suoritetun molekyylidynamiikan jälkeen on havaittavissa selvästi tiolaatin rikin siirtyminen ontolle paikalle, joka vastaa GeTe:n ortorombisen rakenteen Te-atomin paikkaa. Tämä on seurausta siitä, että rikki kuuluu samaan jaksollisen järjestelmän ryhmään kuin telluuri.
Saadut tulokset antavat uutta tietoa pienten nanopartikkelien energetiikasta ja rakenteesta, mitkä ovat hyvänä pohjana tulevissa nanopartikkelien tutkimuksissa. /Kir11
Tämän työn tarkoituksena on perehtyä laskennallisin menetelmin halkaisijaltaan 6-26Å suuruisiin GeTe-nanopartikkeleihin. Vertailua suoritettiin passivoitujen amorfisen ja kiteisen faasin välillä. Kiteisen nanopartikkelin rakenteen valintaa varten suoritettiin simulointeja passivoidun GeTe-rakenteen (100)- ja (111)-pinnoille. Lähtökohtana kidemäisille nanopartikkeleille on ruokasuolakiteen kuutiomainen rakenne, jota GeTe:n on havaittu noudattavan korkeissa lämpötiloissa. Matalissa lämpötiloissa rakenteen on havaittu muuttuvan ortorombiseksi eli rakenteen voidaan ajatella venyvän [111]-suunnassa. Työssä tehdyistä simuloinneista on havaittavissa ortorombisen rakenteen kaksi eri sidospituutta sekä pinnoilla että nanopartikkeleilla.
Pinnoille suoritettiin vertailua eri molekyylien adsorptiolle. Tarkasteltavina molekyyleinä olivat fosfiini, metyylitioli ja metyylitiolaatti. Tarkastelu osoitti, että metyylitiolaatin sitoutuminen pinnalle on energeettisesti edullisinta. Geometriaoptimoinnin jälkeen havaittiin, että metyylitiolaatti sitoutui (111)-pinnalla pienellä peiton arvolla ontolle (hollow) paikalle, kuitenkin peiton kasvaessa energiaero atomin päällä (on top) olevaan paikkaan pieneni. (111)-pinnalle suoritetun molekyylidynamiikan jälkeen on havaittavissa selvästi tiolaatin rikin siirtyminen ontolle paikalle, joka vastaa GeTe:n ortorombisen rakenteen Te-atomin paikkaa. Tämä on seurausta siitä, että rikki kuuluu samaan jaksollisen järjestelmän ryhmään kuin telluuri.
Saadut tulokset antavat uutta tietoa pienten nanopartikkelien energetiikasta ja rakenteesta, mitkä ovat hyvänä pohjana tulevissa nanopartikkelien tutkimuksissa. /Kir11