39 بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانو اتم آهن نوارهای گرافنی آالیش یافته با پروین زنگانه طیبه موالروی گروه فیزیک دانشگاه صنعتی شاهرود شاهرود ایران چکیده در این مقاله پایداری خواص الکترونی و مغناطیسی در نانو نوارگرافنی با لبه زیگزاگ شکل (ZGNR) آالیش یافته با اتم آهن با استفاده از نظریة تابعی چگالی (DFT) بررسی شده است. بر طبق بررسیهای انجام شده و با توجه به مقادیر بهدست آمده برای انرژی تشکیل و انرژی پیوندی بهترین مکان برای جایگزینی اتم آهن با اتم کربن در لبة ZGNR و با اتم کربنی بهدست آمد که با هیدروژن پیوند دارد. همچنین اگر اتمهای آهن جایگزین اتمهای هیدروژن شوند نسبت به زمانیکه جایگزین اتمهای کربن میشوند از نظر انرژی ساختار مطلوبتری داریم و زمانیکه ساختار را با دو اتم آهن آالیش میدهیم در هر دو وضعیت فرو و پادفرومغناطیس در حالت آالیش نزدیک نسبت به آالیش دور ساختار پایدارتر است. بیشترین گشتاور مغناطیسی برای آالیش آهن در مکان F وقتی جایگزین اتم هیدروژن در ساختار شود حدود 5 مگنتون بور حاصل میشود. با توجه به ساختارهای نواری محاسبه شده خواص الکترونی و مغناطیسی ZGNR به مکان آالیش اتم آهن بستگی دارند و بسته به اینکه چه مکانی را برای جایگزین کردن اتم آهن انتخاب کنیم فلز مغناطیسی و یا نیمرسانای مغناطیسی حاصل خواهد شد. کلیدواژگان: نانو نوار گرافنی زیگزاگ نظریه تابعی چگالی خواص ساختاری خواص مغناطیسی آالیش آهن. مقدمه در چند سال اخیر تحقیق بر روی مواد گرافنی دو بعدی سریع ترین رشد را در زمینه فیزیک نیمرساناها داشته است. این بهخاطر ترکیب عجیب این ماده و خواص الکترونیکی قابل توجه آن میباشد ]4[. نتایج حاصل از این تحقیقات یافتههای قابل توجهی از قبیل ابررسانایی تحریک شده در گرافن اثر کوانتومی هال غیرعادی ]2[ و تحرک الکترونی خیلی باال ]9[ را در بر دارند. همچنین استفاده کردن از نانونوارهای گرافنی برای اجزای دستگاههای الکترونیکی در شرایط محیطی ممکن است آنها را بادوامتر کند ]1[. گرافن یک ساختار دو بعدی شش گوشی از کربن است که بهدلیل مکانیزم اسپینی آن و بسیاری از مزیتهای دیگری که دارد توجهات زیادی را بهخود جلب کرده است ]5[. گرافن یک الیه اتمی از گرافیت است که بهطور موفقیتآمیزی در آزمایشگاه تولید شده است ]1[. الکترونهای گرافن شبیه به فرمیونهای دیراک بدون جرم رفتار میکنند ]4[. تحرک باالی الکترون و طول همدوسی گرافن را به مادهای تبدیل کرده است که بزرگ توجهات زیادی را در حوزه کاربردهای الکترونیک در مقیاس نانو بهخود جلب کرده است ]6[. نانو نوارهای گرافنی بنا بر خواص قابل توجه و مختلفی که نشان میدهند و ساختار اولیه بالقوهای که میتوانند داشته باشند برای آینده نانوالکترونیک مبتنی بر کربن پیشبینی شدهاند web2_tayebeh.movlarooy@shahroodut.ac.ir نویسنده مسئول:
بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانو نوارهای... 31 ]1[. نانو نوارهای گرافنی روبانهایی در اندازه نانومتری از تک الیه گرافن هستند و در زمینههای نظری و عملی بسیار مورد توجه واقع شدهاند ]6[. عامل اصلی در مشخص کردن خواص ترابردی و اپتیکی نانو نوارهای گرافنی ساختار نوار الکترونی آنها میباشد ]1[. خواص الکترونیکی نانو نوارها میتوانند بهوسیلة پهنا و هندسه اتمها در امتداد لبهها مشخص شوند که لبهها میتوانند به شکل زیگزاگ یا دسته صندلی باشند ]6[. محققان برای بهدست آوردن گاف نواری مناسب در گرافن از نقصها و ناخالصیها استفاده میکنند. ناخالصیها در گرافن میتوانند جذب و یا جایگزینی عناصر با یکدیگر باشند. قطبش باالی اسپینی در گرافن میتواند بهوسیله جایگزینی بعضی عناصر و یا گروههای تابعی در آن حاصل شود که این موضوع در حوزه اسپینترونیک دارای اهمیت میباشد. داشتن مقدار کمی ناخالصیهای فلزی در گرافن برای استفاده در اسپینترونیک سنسورها و کاربردهای نانوالکترونیکی مورد بررسی قرار گرفته است. اتمهای عناصر واسطه از نظر داشتن خواص مغناطیسی ویژه بسیار شناخته شده هستند بنابراین ناخالصی فلزات واسطه میتواند بهعنوان منبعی برای خاصیت مغناطیسی در گرافن در نظر گرفته شود. ناخالصیهای فلزات واسطه میتواند خواص نانو نوار گرافنی را برای کاربردهای اسپینترونیکی تنظیم کند. این الهام بخش ما برای بررسی خواص الکترونی مربوط به نانونوارهای گرافنی زیگزاگ آالیش یافته با اتمهای آهن در مکانهای مختلف شده است. روش محاسبات در این مقاله با استفاده از نظریة تابعی چگالی (DFT) بهکمک کد محاسباتی ]7[ به SIESTA بررسی خواص ساختاری الکترونی و مغناطیسی نانو نوارهای گرافنی زیگزاگ آالیش یافته با اتم آهن میپردازیم. برای محاسبه برهمکنش بین الکترونهای ظرفیت و هستههای اتمی از تقریب شبهپتانسیل و برای محاسبه تابع تصحیح تبادلی از تقریب تعمیم شیب یافته پردو برک وارنزرهورف (GGA-PBE) استفاده شده است ]3[. در این محاسبات مجموعههای پایه را بهصورت ]3[ DZP و انرژی قطع بهجهت مشبندی فضای حقیقی 933 Ry در نظر گرفتیم. تعداد نقاط k برای مشبندی منطقه اول بریلوئن 33 4 4 در نظر گرفته شده است. هر ساختار بهروش خودسازگار همگرا شده است. برای واهلش ساختار تا جایی که نیروهای روی هر اتم کمتر از 3 / 31 ev/å شود ساختار همگرا شده است. همچنین راستای رشد در راستای محور z با توجه به این نکته که برای میباشد جلوگیری از برهمکنشهای نانو نوار با تصاویر دورهای آن در راستای محورهای x و y با بهینهسازی ساختار یک الیة کافی خأل بهاندازه 43 آنگستروم در این دو راستا در نظر گرفته شده است. پهنای نانو نوارگرافنی با لبة زیگزاگ شکل بهصورت تعداد پیوندهای زیگزاگ (N-ZGNR) C-C در نظر گرفته میشود که ما در این تحقیق پهنای 4-ZGNR با 1 سلول واحد را بهعنوان ابرسلول انتخاب کردهایم که تصویر آن در شکل 4 آورده شده است. همچنین در این شکل محلهای انتخاب شده برای جایگزینی اتمهای کربن و هیدروژن با اتم آهن با حروف الفبای التین نمایش داده شدهاند. همانطور که در شکل 4 میبینیم گرافن دارای ساختار شش ضلعی منتظم میباشد بر این اساس اتمهای کربن در وسط نانو نوار با سه اتم کربن دیگر پیوند دارند اما اتمهای کربن موجود در لبهها با دو اتم کربن دیگر
35 پیوند دارند بنابراین اتمهای کربن موجود در لبه دارای D جای یک اتم کربن و در موقعیت F جای یک اتم یک پیوند آزاد میباشند این پیوندهای آویزان یا آزاد هیدروژن قرار دادیم سپس دو اتم آهن را در دو روی خواص الکترونی ساختار تأثیر میگذارند نتایج وضعیت فرومغناطیس و پاد فرومغناطیس نسبت بههم تحقیقات انجام شده دیگران نیز این مطلب را تأیید در دو حالت دور و نزدیک از یکدیگر جای دو اتم میکند ]43 44 و 42 [. لذا در این بررسی برای از بین بردن تأثیر پیوندهای آویزان روی خواص الکترونی نانو کربن و دو اتم هیدروژن قرار دادیم تا اثر حالتهای دور و نزدیک بودن اتمهای ناخالصی نسبت بههم را بر اتمهای کربن در نوار دو لبه را با هیدروژن محدود روی خواص مورد نظر در ساختار بررسی کنیم. در کردهایم. حالت دور دو اتم آهن را در مکان های A و E با دو اتم کربن و در مکانهای F و G با دو اتم هیدروژن جایگزین کردیم. در حالت نزدیک دو اتم آهن را در مکانهای A و D جای دو اتم کربن و در مکانهای F و H جای دو اتم هیدروژن قرار دادیم. بهاین دلیل این مکانها را برای آالیش ساختار با اتم آهن در نظر گرفتیم که فقط در مکانهای ذکر شده برای جایگزین کردن اتمهای کربن و هیدروژن با اتم آهن ساختار شکل خود را حفظ میکرد و پیوندهای بین اتمهای آهن و کربن شکل 1. ساختار 4-ZGNR با 1 سلول واحد بهعنوان ابرسلول نمایش داده شده است. قسمت مستطیل سلول اولیه را مشخص میکند و نقاط A G B نشاندهنده مکان انتخاب شده برای جایگزینی اتمهای کربن و هیدروژن با اتم آهن است. اتم کربن با رنگ زرد و اتم هیدروژن با رنگ آبی مشخص شده است. بحث و نتایج در این پژوهش میخواهیم اثر جایگزین شدن اتمهای کربن و هیدروژن با اتم آهن را بر روی پایداری و خواص الکترونی و مغناطیسی در نانو نوار گرافنی با لبة زیگزاگ شکل (ZGNR) را مورد بررسی قرار دهیم. به این منظور ابتدا اتم آهن را در موقعیتهای C B و یا هیدروژن کربن-کربن و یا کربن هیدروژن از هم جدا نمیشدند بنابراین با توجه به اینکه در این موقعیتها ساختار پایدار است آنها را بهعنوان مکانهایی برای آالیش ساختار با اتم آهن انتخاب نمودیم. الف: بررسی پایداری ساختارها برای بررسی پایداری نانونوار گرافنی زیگزاگ آالیش 4 یافته با اتم آهن (Fe-ZGNR) در ابتدا انرژی پیوندی (BE) انرژی الزم برای جداکردن اتم ناخالصی از ZGNR را با استفاده از رابطة 4 ]49[ برای هریک از حالتهای انتخاب شده برای جایگزینی اتم آهن با 1. binding energy
بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانو نوارهای... 36 AD اتمهای کربن و هیدروژن که مکان آالیشها در شکل 4 یعنی مکان نزدیک حالت و یا جایگزین دو اتم FH نشان داده شده است محاسبه میکنیم: هیدروژن در حالت نزدیک یعنی مکان صورت E b = E( Fe-ZGNR ) - E( ZGNR ) n E( Fe ) 4 که در آن E(Fe-ZGNR) انرژی کل مربوط به نانو نوار آالیش یافته با اتم آهن E(ZGNR) انرژی کل مربوط به نانو نوار خالص E(Fe) انرژی نهایی مربوط به یک تک اتم Fe و n تعداد اتمهای ناخالصی میباشد. مقادیر بهدست آمده برای انرژی پیوندی وقتی یک اتم آهن را جای یک اتم کربن یا یک اتم هیدروژن قرار میدهیم در جدول 4 آورده شده است همچنین مقادیر بهدست آمده برای انرژی پیوندی وقتی دو اتم آهن را در دو وضعیت فرومغناطیسی و پادفرومغناطیسی نسبت بههم در مکانهای انتخاب شده با دو اتم کربن یا دو اتم هیدروژن جایگزین میکنیم در جدول 2 خالصه شده پذیرد ساختار دارای بیشترین پایداری خواهد بود. با توجه به رابطة 4 ساختارهایی که انرژی پیوندی کمتری دارند پایدارتر هستند بنابراین نتایج بهدست آمده در جداول 4 و 2 بیانگر این میباشند که پایدارترین ساختار از نظر انرژی پیوندی زمانی حاصل میشود که اتم آهن جایگزین اتم هیدروژن شود. سپس برای بررسی اینکه کدام ساختار از نظر انرژی مناسب تر و پایدارتر است (FE) را نیز با استفاده از رابطه 2 ]41[ انرژی تشکیل 2 محاسبه کردیم: 2 E F = E T1 + n E( C, H ) [ E T2 + n E( Fe ) ] که در آن ZGNR انرژی نهایی مربوط به E( T2 ( E T1 آالیش یافته با ZGNR ( Fe خالص( می باشد و E ) (C,H و ) (Fe E بهترتیب انرژی نهایی برای تک است. هرچه مقدار انرژی پیوندی بهدست آمده طبق اتم رابطه 4 در ساختاری کمتر باشد پیوند بین اتمها در آن کربن یا هیدروژن و تک اتم آهن میباشند و n تعداد ساختار قویتر خواهد بود بنابراین در حالت جانشانی اتمهای آهن جایگزین شده با اتم کربن یا هیدروژن یک اتم آهن وقتی اتم ناخالصی را جای یک اتم است. مقادیر بهدست آمده برای انرژی تشکیل وقتی هیدروژن قرار میدهیم ساختار دارای بیشترین میزان یک اتم آهن جایگزین یک اتم کربن یا یک اتم پایداری خواهد بود. همچنین بهترین مکان برای جایگزینی اتم آهن با اتم کربن در مکان D در شکل 4 هیدروژن میشود در جدول 9 و وقتی دو اتم آهن در وضعیت فرو یا پادفرو نسبت بههم قرار دارند جایگزین در لبه ZGNR و با اتم کربنی است که با اتم هیدروژن دو اتم کربن یا دو اتم هیدروژن میشود در جدول 1 پیوند دارد. در وضعیتی که دو اتم ناخالصی را وارد آورده شده است. طبق رابطة 2 نیز ساختاری که دارای ساختار میکنیم در هر دو وضعیت فرومغناطیس یا پاد میزان انرژی تشکیل کمتری پایداری از نظر باشد فرومغناطیس آالیش جایگزین اگر دو اتم کربن در مطلوبتر است بنابراین با توجه به مقادیر بهدست آمده formation energy. 2
37 از انرژی تشکیل و انرژی پیوندی وقتی ساختار را با یک تک اتم آهن آالیش میدهیم اگر اتم ناخالصی در مکان F جایگزین یک اتم هیدروژن شود از نظر انرژی جدول 4. انرژی تشکیل) ev ( وقتی دو اتم آهن در دو وضعیت فرو و پادفرو نسبت بههم جایگزین دو اتم کربن در حالت دور (AE) و در حالت نزدیک (AD) و جایگزین دو اتم هیدروژن در حالت دور (FG) و در حالت نزدیک (FH) شوند. ساختار مطلوبتری را خواهیم داشت. همچنین پادفرومغناطیس فرومغناطیس ساختار Fe-ZGNR (AD) Fe-ZGNR (AE) Fe-ZGNR (FG) Fe-ZGNR (FH) 49 / 976734 41 / 771459 2 / 73313 2 / 495729 41 / 4736 45 / 793421 2 / 676421 2 / 364153 زمانیکه ساختار را با دو اتم آهن آالیش میدهیم در هر دو وضعیت فرو و پادفرو در حالت آالیش نزدیک ساختار پایدارتر است. با توجه به مقادیر بهدست آمده تشکیل انرژی برای که در جدول 9 آورده شده 1 و است وقتی اتم آهن را جای اتم هیدروژن قرار میدهیم از نظر انرژی پایدارترین ساختار را خواهیم داشت. جدول 1. انرژی پیوندی) ev ( وقتی یک اتم آهن در مکانهای D و C B با یک اتم کربن و در مکان F با یک اتم هیدروژن جایگزین شود. Fe-ZGNR (B) Fe-ZGNR (C) Fe-ZGNR (D) Fe-ZGNR (F) 469 / 549622 465 / 571595 464 / 453735 41 / 312392 جدول 2. انرژی پیوندی) ev ( وقتی دو اتم آهن در دو وضعیت فرو و پادفرو نسبت بههم جایگزین دو اتم کربن در حالت دور (AE) و در حالت نزدیک (AD) و جایگزین دو اتم هیدروژن در حالت دور (FG) و در حالت نزدیک (FH) شوند. پادفرومغناطیس 924 / 937671 فرومغناطیس 923 / 535355 ساختار Fe-ZGNR (AD) Fe-ZGNR (AE) Fe-ZGNR (FG) Fe-ZGNR (FH) 924 / 339227 23 / 16374 23 / 335319 922 / 353433 23 / 196911 23 / 324673 جدول 3. انرژی تشکیل) ev ( وقتی یک اتم آهن در مکانهای D و C B با یک اتم کربن و در مکان F با یک اتم هیدروژن جایگزین شود. ب: خواص الکترونی و مغناطیسی با بررسی ساختار نواری از مقدار گاف نواری مستقیم یا غیر مستقیم بودن آن و همچنین با توجه به روند تغییرات آن میتوان بسیاری از خواص فیزیکی ساختار را بهدست آورد. برای محاسبه ساختار نواری ابتدا محاسبات خودسازگار انجام میشود تا انرژی فرمی بهدست آید. در تمام نمودارهای ساختار نواری سطح انرژی صفر بیانگر موقعیت تراز فرمی میباشد که با خط افقی مستقیمی در شکلها نشان داده شده است. بعد از انجام محاسبات خودسازگار انتخاب مسیر انتگرالگیری در فضای وارون در ناحیه کاهشناپذیر بریلوئن بهمنظور محاسبه نوارهای انرژی نکته مهم میباشد زیرا این مسیر دارای بیشترین تقارن میباشد. از آنجا که سیستم ساختاری یک بعدی در راستای محور z میباشد مسیر انتگرالگیری در فضای وارون برای محاسبة ساختارهای نواری از (0 0 0)Γ به Z (0,0,0.5) میباشد که مختصات نقاط برحسب بردارهای شبکه وارون تعیین میشوند. ساختار نواری برای نانو نوار گرافنی خالص و آالیش یافته با تک اتم آهن در مکانهای D C B و F برای هر دو اسپین باال Fe-ZGNR (B) Fe-ZGNR (C) Fe-ZGNR (D) Fe-ZGNR (F) 3 / 313375 42 / 333333 7 / 535213 4 / 562322
فلا- 33 و پایین در شکل 2 رسم شده است. بر طبق ساختارهای بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانو نوارهای... تراز فرمی افزایش مییابد که این ناشی از هیبریداسیون الکترونی محاسبه شده در این شکل مشاهده میشود که قوی بین اوربیتال های اتم آهن و 2p اتم کربن 3d ساختار نواری برای اسپین باال و پایین هم در حالت میباشد. در شکل 1 چگالی حالتهای کلی و چگالی خالص و هم در ساختارهای آالیش یافته با یکدیگر حالتهای جزئی برای اتم های آهن و کربن و اوربیتال متفاوت است و این بدان معناست که تمامی ساختارها های اتم آهن و اتم کربن رسم شده است. 2p 3d دارای خاصیت مغناطیسی میباشند. با توجه به ساختار همانطور که در شکل 1 -ب میبینیم بیشترین سهم در نواری محاسبه شده در شکل 2 مشاهده میشود که چگالی حالتهای اتم کربن ناشی از اوربیتال 2p آن نانونوار گرافنی زیگزاگ در حالت خالص یک فلز میباشد و بر طبق شکل 1 -ج بیشترین سهم در چگالی مغناطیسی است تحقیقات دیگر نتایج انجام شده در حالتهای اتم آهن ناشی از اوربیتال 3d آن میباشد این زمینه نیز این مطلب را بهخوبی تأیید میکند که -4 لذا هیبریداسیون بین اوربیتالهای 2p کربن و 3d آهن در حالت خالص یک فلز مغناطیسی است باعث ایجاد تعداد حالت های الکترونی اضافی اطراف ZGNR ] 45 و 46 [. با جایگزینی اتم آهن بهجای اتم کربن در تراز فرمی میشود. همچنین منحنیهای چگالی F C مکانهای B و نیمرسانای مغناطیسی و با حالتها بیانگر این مطلب است که گرافنی نانونوار زیگزاگ در حالت خالص یک فلز مغناطیسی است در حالیکه با آالیش آهن بهجای اتم کربن در مکانهای B C و F نیمرسانای مغناطیسی و در مکان D یک فلز جایگزینی اتم ناخالصی در مکان D یک فلز مغناطیسی حاصل میشود. بنابراین خواص الکترونی و مغناطیسی نانونوارهای گرافنی به مکان آالیش اتم آهن بستگی دارند و بسته به اینکه چه مکانی را برای جایگزین کردن مغناطیسی حاصل میشود. گشتاور مغناطیسی کل اتم آهن با اتم کربن انتخاب کنیم فلز مغناطیسی و یا برحسب مگنتون بور )B μ( ساختارهای مورد برای نیمرسانای مغناطیسی حاصل خواهد شد. چگالی مطالعه با توجه به قرار گرفتن اتم ناخالصی در مکانهای حالتهای محاسبه شده برای نانونوار گرافنی با لبه مختلف در جدول 5 گزارش شده است. این مقادیر نشان ZGNR زیگزاگ شکل خالص وآالیش یافته با تک اتم آهن در میدهند اضافه کردن ناخالصی به ساختار شکل 9 آورده شده است. در منحنی چگالی حالتها نیز همچون ساختار نواری سهم اسپین باال و پایین هم در حالت خالص و هم در ساختارهای آالیش یافته با یکدیگر متفاوت است و این بدان معناست که تمامی باعث افزایش خاصیت مغناطیسی ساختار میشود همچنین بیان میکنند که خاصیت مغناطیسیZGNR به مکان انتخاب شده برای جایگذاری اتم آهن بسیار حساس است. ساختارها دارای خاصیت مغناطیسی میباشند. با توجه به نمودارهای چگالی حالت میبینیم با افزودن ناخالصی به ساختار ZGNR تعداد حالت های الکترونی اطراف
33 شکل 4. الف( چگالی حالت های کلی و چگالی حالتهای کلی اتم آهن شکل 2. ساختار نواری برای نانو نوار گرافنی الف( خالص و آالیشیافته با تک اتم آهن در مکان ب( B ج( C د( D و ه( F. و کربن برای ZGNR آالیش یافته با اتم آهن در مکان C ب( چگالی حالتهای جزئی برای اتم کربن و اوربیتال 2p آن و ج( چگالی حالتهای جزئی برای اتم آهن و اوربیتال 3d آن. جدول 5. گشتاور مغناطیسی کل برحسب مگنتون بور )B μ( در حالت خالص و آالیش یافته با یک اتم آهن در مکانهای D C B و F. شکل 3. نمودار چگالی حالتهای نانو نوار گرافنی با لبه زیگزاگ شکل برای الف( خالص وآالیشیافته با تک اتم آهن در مکانهای ب( B ج( ساختار گشتاور مغناطیسی کل ZGNR خالص 4/61 Fe-ZGNR (B) 9/33 Fe-ZGNR (C) 2/34 Fe-ZGNR (D) 1/51 Fe-ZGNR (F) 1/33 نتیجهگیری در جمعبندی تأثیر ناخالصی آهن بر روی نانو نوار گرافنی زیگزاگ در مکانهای مختلف با استفاده از نظریه تابعی چگالی بررسی شد. باتوجه به مقادیر F. و ه( D د( C
بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانو نوارهای... [4] L. Yang, C.H. Park, Y.W. Son, M.L. Cohen, S.G. Louie, Quasiparticle energies and band gaps in graphene nanoribbons, Physical Review Letters 99 18 (2007) 186801. [5] N. Kheirabadi, A. Shafiekhani, M. Fathipour, Review on graphene spintronic, new land for discovery, Superlattices and Microstructures 74 (2014) 123-145. [6] S.S. Chauhan, P. Srivastava, A.K. Shrivastava, Electronic and transport properties of boron and nitrogen doped graphene nanoribbons: an ab initio approach, Applied Nanoscience 4 4 (2014) 461-467. [7] I.V. Zozoulenko, F.A. Maao, E.H. Hauge, Coherent magnetotransport in confined arrays of antidots. I. Dispersion relations and current densities, Physical Review B 53 12 (1996) 7975. [8] I.S. hnatsenka, I.V. Zozoulenko, Spatial spin polarization and suppression of compressible edge channels in the integer quantum Hall regime, Physical Review B 73 15 (2006) 155314. [9] E. Artacho, D. Sánchez-Portal, P. Ordejón, A. Garcia, J.M. Soler, Linearscaling ab-initio calculations for large and complex systems, arxiv preprint Condensed Matter 9904159 (1999). [10] L.P. An, N.H. Liu, The spin-dependent transport properties of zigzag graphene nanoribbon edge-defect junction, New Carbon Materials 27 3 (2012) 181-187. [11] N.K. Jaiswal, P. Srivastava. First principles calculations of armchair graphene nanoribbons interacting with Cu atoms, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 44 1 (2011) 75-79. [12] N.K. Jaiswal, P. Srivastava, Ab-Initio Study of Transition Metal (Ni) Interaction with Zigzag Graphene Nanoribbons, Journal of Computational and Theoretical Nanoscience 9 4 (2012) 555-559. 33 بهدست آمده برای انرژی پیوندی و انرژی تشکیل بهترین مکان برای جایگزینی یک اتم آهن با اتم کربن در لبه ZGNR و با اتم کربنی است که با اتم هیدروژن پیوند دارد. همچنین اگر اتمهای آهن جایگزین اتمهای هیدروژن شوند نسبت به زمانیکه جایگزین اتمهای کربن شوند از نظر انرژی ساختار مطلوبتری را خواهیم داشت و زمانیکه ساختار را با دو اتم آهن آالیش میدهیم در هر دو وضعیت فرو و پادفرو در حالت آالیش نزدیک ساختار پایدارتر است. بیشترین گشتاور مغناطیسی برای آالیش آهن در مکان F و D 1 / 5 مگنتون بور و حدود 5 حاصل شد. با توجه به ساختارهای نواری محاسبه شده خواص الکترونی و مغناطیسی ZGNR به مکان آالیش اتم آهن بستگی دارند و بسته به اینکه چه مکانی را برای جایگزین کردن اتم آهن انتخاب کنیم فلز مغناطیسی و یا نیمرسانای مغناطیسی حاصل خواهد شد. نتایج حاصل از این تحقیق نانو نوار مغناطیسی نشان میدهد خواص الکترونی و گرافنی زیگزاگ را میتوانیم با جایگذاری اتم آهن در مکانهای مختلف در ساختار کنترل کنیم. مرجعها [1] U. Treske, F. Ortmann, B. Oetzel, K. Hannewald, F. Bechstedt, Electronic and transport properties of graphene nanoribbons, physica status solidi (a) 207 2 (2010) 304-308. [2] A.K. Geim, K.S. Novoselov, The rise of graphene, Nature materials 6 3 (2007) 183-191. [3] K.I. Bolotin, K.J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, J. Hone, H.L. Stormer, Ultrahigh electron mobility in suspended graphene, Solid State Communications 146 9 (2008) 351-355.
34 [13] N.K. Jaiswal, P. Srivastava First principles calculations of cobalt doped zigzag graphene nanoribbons, Solid State Communications 152 15 (2012) 1489-1492. [14] N.K. Jaiswal, P. Srivastava, Structural stability and electronic properties of Nidoped armchair graphene nanoribbons, Solid State Communications 151 20 (2011) 1490-1495. [15] S.S. Chauhan, P. Srivastava, A.K. Shrivastava, Electronic and transport properties of boron and nitrogen doped graphene nanoribbons: an ab initio approach, Applied Nanoscience 4 4 (2014) 461-467. [16] T.B. Martins, A.J. da Silva, R.H. Miwa, A. Fazzio, σ-and π-defects at graphene nanoribbon edges: building spin filters, Nano letters 8 8 (2008) 2293-2298.