Some Physical Properties of Lipao3 Compound: an Ab Initio Study

Abstract

Bu tez çalışmasında LiPaO3 kristalinin yapısal, elektronik, optik ve elastik özellikleri Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi ile Genelleştirilmiş Gradyent ve Yerel Yoğunluk Yaklaşımları altında incelenmiştir. Tüm hesaplamalar için ABINIT bilgisayar programı kullanılmıştır. ABINIT'e ek olarak kristalin birim hücresinin çizimi, bağ yapısı ve bağ uzunluklarının incelenmesinde Vesta programı kullanılmıştır. İlk olarak, yapılacak tüm optimizasyonlarda kullanılmak üzere kesme enerjisi ve k-noktaları optimizasyonu yapılmış, böylece tüm hesaplamalarda kullanılacak kesme enerjisi ve k-noktaları sayısı belirlenmiştir. Ardından hacim optimizasyonu yapılarak, kararlı kristalin toplam enerjisine karşılık hacim ve basınç değişimleri elde edilmiş. Bunların yanında kristalin hacim basınç değişimi ve teorik örgü parametresi hesaplanmıştır. Yapısal özelliklerin incelenmesinde son olarak, LiPaO3 kristalinin birim hücresi çizdirilmiş, bağ yapısı ve uzunlukları hesaplanmıştır. LiPaO3 kristalinin elektronik özelliklerin anlaşılabilmesi için elektronik band yapısı, durum yoğunluğu ve kısmı durum yoğunlukları grafikleri hesaplanmış ve çizdirilmiştir. Tüm bu grafikler her iki yaklaşım altında çizdirilmiş ve çıkan sonuçların birbirine oldukça yakın oldukları görülmüştür. LiPaO3 kristalinin direk geçişe sahip bir yarıiletken olduğu ve yasak band aralığının GGA yaklaşımı altında 2.10 eV, LDA yaklaşımı altında ise 2.19 eV elde edilmiştir. Ardından LiPaO3 kristalinin optik özellikleri çalışılmıştır. Bu kapsamda ilk olarak kompleks dielektrik fonksiyonu her iki yaklaşım altında elde edilmiştir. Kompleks dielektrik fonksiyonun gerçek ve sanal bileşenleri hesaplanmış ve grafikleri çizdirilmiştir. Ardından bu değerler kullanılarak, yansıtma, kırılma indisi, sönüm katsayısı, birim hücre başına etkin değerlik elektron sayısı, yüzey için enerji kayıp fonksiyonu ve hacim için enerji kayıp fonksiyonu hesaplanmıştır. Tüm bu optik özellikler hem GGA hem de LDA yaklaşımları altında hesaplanmış ve grafikleri çizdirilmiştir. Tüm optik özelliklerin de elektronik ve yapısal özelliklerde elde edilen sonuçlarda olduğu gibi kendi içlerinde oldukça tutarlı oldukları görülmüştür. Son olarak ise LiPaO3 kristalinin elastik özellikleri incelenmiş ve ortaya konmuştur. Bu bağlamda ilk olarak elastik sertlik katsayıları hesaplanmış ve ardından da bu değerler kullanılarak, Bulk, Shear ve Young modülleri ile, Poisson oranı, esneklik katsayısı, Debye sıcaklığı ve Zener anisotropi katsayısı hesaplanmıştır. Tüm bu hesaplamalar sonucu, incelenen kristalin mekanik olarak kararlı oldupu ve esmek yapıya sahip bir malzeme olduğu bulunmuşur. Yaptığımız kapsamlı literatür çalışmasına göre LiPaO3 kristali üzerine yapılmış benzer çalışmaların hiç olmadığı, yapısal, elektronik, optik ve elastik özelliklerinin daha önce hiç incelenmediği görülmüştür. Bu nedenle yaptığımız bu tez çalışmasının LiPaO3 kristali ile ilgili gelecekte yapılacak çalışmalara ışık tutacağı kanaatindeyiz.

In this study, the structural, electronic and elastic properties of LiPaO3 crystal have been investigated by using ABINIT computer programme. ABINIT programme is based on the Density Functional Theory. Density Functional Theory has some approximations to calculate the pseudopotentials such as Generalized Gradient Approximation and Local Density Approximation. Here, both approximations were used for all calculations in order to compare all our results under these approximations. In order to do those calculations, first we made the cut-off energy and k-point optimizations. Afterwards we performed the volume optimization. In this level we investigated the structural properties of LiPaO3 crystal. We also obtained the sketch of unit cell, bonds and the bond lengths by using VESTA computer programme. Then, we investigated the electronic structure of LiPaO3 crystal by calculating and plotting the electronic band structure, the density of states of LiPaO3 and the partial density of states. We also investigated the optic properties of LiPaO3 crystal. Last of all, we focused on the elastic properties of LiPaO3 and we noticed that this crystal is mechanically stable and very elastic material. We believe that this thesis study will help to the researchers' future studies on LiPaO3 crystal.