مطالعه سطوح در نظریه تابعی چگالی

در این سمینار به بررسی کاربردهای نظریه تابعی چگالی، که امروز از توانات رین ابزارهای فیزیک ماده چگـال بـرای مطالعـه گـستره وسیعی از مواد و ساختارها به شمار می رود، می پردازیم . سمینار از دو بخش کلی .1 معرفی نظریه مذکور و .2 ارائه مثال هـایی از کاربرد آن در مطالعه سطوح و لایه های نازک، تشکیل شده است . در بخش اول مفاهیم اصلی و ضروری نظ ریه تابعی چگالی بـرای استخراج معادلات تک ذره کوهن – شم ، ارایه و انرژی تبادلی – همبستگی و دو روش مهم تقریب زدن آن توضیح داده میشـوند . در ادامه به بحث مهم سیستم های مغناطیسی پرداخته و هامیلتونی کوه – شم مناسب برای مطالعه این مواد را استخراج می کنـیم و سپس با استفاده از معادله دیراک، نحوه اعمال تصحیحات اسپینی به این هامیلتونی مطالعه می شوند . در انتهای بخش اول و قبـل از ورود به بحث کاربردها به شرح برخی تکنیک های محاسباتی سطوح و لایه های نازک می پردازیم . در این مرحلـه مفـاهیمی نظیـر ابرسلول سطح، نحوه بهینه سازی ، واهلش و استخراج نتایج از آن بررسی خواهند شد . بخش دوم به ارایه بحشی از نتایج دو پروژه محاسباتی لایه نازک در چارچوب نظریه تابعی چگالی، که دو گروه مـا در حـال اجـام است، اختصاص دارد . موضوع اول مطالعه جذب مولکول CO روی سطح Pt(111) است . باتوجه به اثرات کاتالیزوری این سطح برای واکنش های اکسیداسیون CO ، جذب این مولکول روی سطح Pt(111) مورد مطالعات تجربـی و محاسـباتی زیـادی قـرار گرفته است . پیش بینی های نظری انجام شده بر پایه محاسبات نظریه تابعی چگالی در مورد مکان پایدار جذب مولکول CO روی سطح Pt(111) با مشاهدات تجربی توافق ندارد . ما نشان داده ایم که این عدم توافق ناشی از تقریب های به کار رفته برای پتانسیل تبادلی – همبستگی است و با به کارگیری تقریب BLYP این عدم توافق از بین میرود . موضوع دوم مطالعه خواص مغناطیسی سطوح آزاد Co2 MnSi(001) است . نتایج محاسباتی نشان می دهد که این آلیاژ در حالت توده ای ، نیم – فلز است یعنی منحنی چگالی حالت های آن در حالت اسپین – بالا رفتار فلزی و در حالت اسپین – پـایین رفتـار نیم رسانایی دارد . بنابراین قطبیدگی اسپینی آن در سطح فرمی %100 است و از این دیدگاه ماده بسیار مناسبی برای کار برد در حوزه جدید و در حال گسترش اسپینترونیک محسوب می شود . ما نشان داده ایم که خاصیت نیم – فلـزی در سـطوح آزاد ایـن مـاده در راستای (001) پایدار نمی ماند و ظاهر شدن حالت های سطحی در گاف انرژی ساختار نواری اسپین – پایین باعـث افـت شـدید قطبیدگی اسپینی از مقدار ایده آل %100 میشود . با این نتایج به دست آمده نشان می دهد اضافه کردن یک لایـه Mn روی یکـی از سطح آزاد Co2 MnSi(001) از شکلگیری حالتهای مخرب سطحی جلوگیری کرده و به خوبی از خاصیت نیم – فلزی سـطح محافظت میکند .