Electronic properties of nanostructures on solid surfaces

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Date

2005

Major/Subject

Fysiikka (laskennallinen fysiikka)

Mcode

Tfy-105

Degree programme

Language

en

Pages

66

Series

Abstract

Kokeellisen fysiikan kehitys viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana on mahdollistanut nykyisen intensiivisen nano- ja atomikokoluokan rakenteiden tutkimuksen. Nämä rakenteet ovat valmistettu erilaisilla kiteenkasvatusmenetelmillä tai tunnelointielektronimikroskoopin avulla, joka on mahdollistanut jopa yksittäisten atomien liikuttelun ja asettelun halutulla tavalla. Rakenteiden ominaisuudet määräytyvät kvanttimekaniikan laeista. Monia mielenkiintoisia uusia ilmiöitä onkin havaittu, mikä puolestaan on siivittänyt teoreettista tutkimusta, ja ymmärryksemme monen kappaleen kvantti-ilmiöistä kondensoituneen aineen fysiikassa on parantunut huomattavasti. Lisäksi monet uusista ilmiöistä tulevat epäilemättä esittämään keskeistä osaa esim. alati pienenevissä elektroniikan komponenteissa. Laskennalliset menetelmät auttavat oleellisesti koetulosten analysointia. Tässä työssä on jatkettu laskentamenetelmien kehittelyä Fysiikan laboratorion ja CSC:n MIKA/cyl2 projektin yhteydessä. MIKA on ohjelmistopaketti, jonka avulla elektronirakenteiden tiheysfunktionaaliteorian yhtälöt ratkaistaan näppärästi ns. moniverkko menetelmillä paikka-avaruudessa. Työssä rajoituttiin tarkastelemaan systeemejä, jotka voidaan mallintaa sylinterisymmetrisessä geometriassa, jolloin numeerinen ongelma helpottuu merkittävästi. Toteutimme Cu (III) pinnan keskeiset ominaisuudet kuvaavan yksiulotteisen pseudopotentiaalimallin, pinnan nanorakenteet puolestaan toteutettiin Jellium-malleilla. Nämä yksinkertaiset mallit kuvaavat riittävän hyvin monia keskeisiä fysiikan ilmiöitä, mutta useita tuhansia elektroneja sisältävien systeemien ratkaiseminen on edelleen hyvin vaativa ongelma. Tilannetta parantaaksemme toteutimme ns. lineaariseen vasteeseen perustuvan iteraatiomenetelmän Kohn-Sham yhtälöiden ratkaisemiseksi ja siinä tarvittavat numeeriset algoritmit. Varsinkin isojen systeemien käsittely nopeutui tämän ansiosta huomattavasti. Tutkimme elektronirakenteita sylinterimäisissä kvanttipisteissä ja kvanttiaitauksissa Cu (III) pinnalla. Nämä ovat kiintoisia, koska viimeaikaiset koetulokset osoittavat, että Cu (III) pinnalle syntyvien pintaelektronitilojen ominaisuuksiin on mahdollista vaikuttaa tämänkaltaisilla rakenteilla. Niitä voidaan siten käyttää pikkuruisina "laboratorioina" tutkittaessa monen kappaleen kvantti-ilmiöitä. Lisäksi näköpiirissä on kiintoisia teknisiä sovelluksia. Kvanttipistemallimme antamat elektronitilojen energiat ja jakaumat pinnalla ovat kvantitatiivisessa sopusoinnussa mittaustulosten kanssa. Kvanttiaitaukset puolestaan näyttävät sitovat pintatiloja aitauksen sisällä aiheuttaen oskillaatioita pintaelektronitiheydessä. Tämäkin tulos sopii yhteen kokeiden kanssa. Tutkimuksen seuraava askel on nanorakenteiden viritettyjen elektronitilojen tutkiminen. Tämä edellyttää tiheysfunktionaaliteoriaa laajempaa käsittelyä. Työn tämä vaihe aloitettiin katsauksella ns. GW -menetelmään monen kappaleen teoriassa.

Description

Supervisor

Puska, Martti

Thesis advisor

Torsti, Tuomas
Puska, Martti

Keywords

quantum corrals, kvanttiaitaukset, surface-states, pintatilat, density-functional theory, tiheysfunktionaaliteoria, GW-method, GW-menetelmä

Other note

Citation