دراسة خواص التركيب الإلكتروني لطبقة نانوية من اوكسيد الزنك المشوبة في رسالة ماجستير في كلية العلوم

ناقشت طالبة الماجستير حنين علي راشد من قسم علوم الفيزياء رسالتها الموسومة
“دراسة نظرية لخواص التركيب الإلكتروني لطبقة نانوية من اوكسيد الزنك المشوبة” والتي جرت على القاعة الكبرى في كلية العلوم يوم الاثنين 7/1/2019م.

  وقالت الباحثة انها درست الخصائص التركيبية والإلكترونية لطبقة أوكسيد الزنك نانوية نقية (ZnONSs) والمشوبة بـ البورون , الكاربون, النيتروجين, الالمنيوم, السيليكون و الفسفور، وإجرت الحسابات من خلال نهج ab-initio في نظرية دالية الكثافة (DFT) وذلك بتوظيف تقريب التدرج المعمم (GGA) للتحقيق في خصائص مختلفة.

وبينت ان الهدف من هذه الدراسة هو التعرف على آثار استبدال ست ذرات من الأوكسجين بشوائب مختلفة في وحده خلية مكونه من 84 ذرة من خلال الأخذ بعين الاعتبار مواقع الشوائب وتأثيراتها على الخصائص التركيبية والإلكترونية لـ ZnONS باستخدام برنامج .SIESTA

وأضافت ان الدراسة شملت الخصائص التركيبية المحسوبة المعلمات الهندسية للتراكيب، وطول الاصرة، وزاوية الربط لجميع الذرات في كل تركيب. وتضمنت الخواص الإلكترونية طاقة ذرة لكل ذرة مشوب بها وكثافة الكلية والجزئية من كثافة الحالة والطاقة الكلية والحالات الإلكترونية وفجوة الطاقة وبعض المتغيرات الإلكترونية (جهد التأين الرأسي (VIP) والالفة الإلكترونية الرأسية (VAE) والكهروسالبية (EN) و الصلابة (H)) في جميع الشوائب ومقارنتها مع بعضها البعض.

وقد أظهرت النتائج ان الهندسة الجزيئية  لـ ZnONSs النقي والمشوب في اتفاق جيد مع البيانات التجريبية بسبب استرخاءه، وبالنسبة للشوائب لا توجد بيانات مرجعية لذلك توفر الدراسة الحالية بيانات جديدة في هذا المجال.

 كذلك أظهرت النتائج، من خلال استبدال ستة ذرات من الاوكسجين في سلسلة أفقية في مركز ذرات ZnONSs مع جميع ذرات المشوبة على حد سواء تكون بشكل نشط وديناميكي للغاية.

كما لاحظنا عدم وجود توسع في طول الاصرة بين البورون, الكاربون والنيتروجين وأقرب ذرة زنك مقارنة بطول الاصرة بين الزنك والاوكسجين، بينما طاقة الربط في حالة التركيب الكاربون المشوب هي أكثر من تلك الموجودة في البورون والنيتروجين المشوب وهذا يعني ان الكاربون المشوب هو اكثر استقراريه عند تشويبه بـ ZnONSs. وأن الفجوة الطاقة تتناقص مع زيادة عدد الذرات المستبدلة مقارنة مع ذرات ZnONSs، لذا وضعت ذرات المشوبة لعب دور مهم في تعديل فجوة الطاقة.

كما أظهرت النتائج أن جهد التأين والصلابة لنتروجين المشوب بـ  ZnONSsهما أكبر من البورون والكاربون المشوب، في حين أن الالفه الالكترونية الرأسية والكهروسالبية  يزدادان البورون والكاربون المشوب، والطاقة الكلية المحسوبة لكل من الشوائب، وجدنا الطاقة الكلية لكل ذرة تنخفض مع زيادة في عدد من الشوائب .

 وأظهرت النتائج في, السليكون والفسفور المشوبZnONSs ، أيضا تم استبدال ست من ذرات الاوكسجين لتحل محلها الشائبة، ووجدت ذرات الفسفور تعمل على توسيع طول الاصرة بالمقارنة مع طول الاصره بين الزنك والاوكسجين. وبالإضافة إلى ذلك، أظهرت النتائج أن طاقة الربط  في حاله الفسفور المشوب هي أكثر من تلك الموجوده في الالمنيوم والسليكون المشوب و إن فجوة الطاقة في الالمنيوم, السليكون والفسفور أصغر من فجوة الطاقة في ZnONSs النقي، وهذا يدل على أن الشائبة هي أشباه موصلات ذات فجوة نطاق مباشرة.

وأظهرت النتائج أن الفسفور المشوب بـ ZnONSs  تكون جهد التأين والالفه الالكترونية و الكهروسالبية له أكبر من جهد التأين والالفه الالكترونية والكهروسالبية لالمنيوم والسليكون المشوب بـ  ZnONSs. بينما يتم زياده الصلابة بإضافة ذرات الالمنيوم والسليكون. علاوة على ذلك ، يعتمد انحلال مستويات الطاقة لكل تركيب على نوع وعدد ووضعية الذرات في ZnONSs. بشكل عام، تشير نتائج هذه الدراسة إلى ان التراكيب المقترحة هي مفيده للخصائص الالكترونية المختلفة.

        علما ان الدراسة اجريت تحت اشراف الاستاذ المساعد الدكتور نبراس موسى عمران من كلية العلوم جامعة كربلاء وان لجنة المناقشة كانت مؤلفة من الاستاذ الدكتور خولة جميل طاهر من كلية العلوم جامعة كربلاء والاستاذ الدكتور حيدر محمد عبدالجليل من كلية العلوم جامعة بابل والاستاذ المساعد الدكتور أسيل مصطفى عبدالمجيد من كلية العلوم الجامعة المستنصرية.