Density functional theory approximations from semiclassical considerations

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Tämä väitöskirja kuuluu laskennallisen materiaalitieteen piiriin, joka keskittyy tiheysfunktionaaliteorian (DFT) teoreettiseen kehittämiseen ja soveltamiseen. Pääasiallisena sisältönä on semiklassisen atomin kuvaus ja sen käyttö orbitaalivapaassa tiheysfunktionaaliteoriassa (OFDFT) kineettisten energiafunktionaalien kehitykseen. Tämä väitöskirja koostuu neljästä julkaisusta, joista kolme on suunnattu orbitaalivapaiden approksimaatioiden tutkimukseen. Neljäs julkaisu käsittelee Ga2O3 puolijohteen tutkimista tiheysfunktionaaliteorialla. OFDFT on lähestymistapa, jossa kaikki materiaalin fysikaaliset ominaisuudet ovat elektronitiheyden funktionaaleja. Pelkästään elektronitiheyden käyttäminen mahdollistaa entistä isompien systeemien mallintamisen laskennallisesti. Luonnollisesti nopeus vaatii tarkkuuden karsimista verrattaessa Kohn-Sham malliin, joka on OFDFT:ää tarkempi, mutta käyttää laskennallisesti hitaampia Kohn-Sham orbitaaleja. Orbitaalivapaat approksimaatiot ovat luonteeltaan semiklassisia, jossa Paulin periaate otetaan huomioon vain karkeasti. Työssä käytetään yleistettyä gradienttiapproksimaatiota (GGA) uuden kineettisen tiheysfunktionaalimuodon RATIONAL kehitykseen, joka yhdistää aikaisempi tuloksia GGA-tyyppisille kineettisille funktionaaleille. RATIONAL-tyyppisille funktionaaleille etsitään parametriarvot käyttämällä semiklassista atomia, mikä johtaa funktionaaleihin, jotka ovat hyviä mallintamaan kiinteää ainetta. Tässä väitöskirjassa ionisaatioenergiaa ja kiinteän aineen hilavakioita tutkitaan suurten atomilukujen rajalla. Työssä havaitaan, että Kohn-Sham mallissa hilavakiolla on äärellinen arvo suurten atomilukujen rajalla. Englert-Schwinger (ES)-malli on orbitaalivapaa malli atomille, joka käyttää potentiaalifunktionaaleja keskeisiin approksimaatioihin. Malli parantaa atomien ydintä lähellä olevien elektronien kuvailua verrattuna muihin orbitaalivapaisiin malleihin. ES-malli ratkaistaan ja analysoidaan vertaamalla tuloksia Kohn-Sham-malliin ja muihin orbitaalivapaisiin malleihin. Tiheysfunktionaaliteorian sovelluksena väitöskirjassa tehdään defektitutkimus Ga2O3 puolijohteelle. Uudentyyppisten neutroni-ilmaisimien rakentamiseen on kasvava tarve erityisesti ydinturvallisuuden alalla. Erityisesti nykyiset heliumiin perustuvat ilmaisimet ovat varsin isokokoisia ja kalliita ja niiden korvaaminen puolijohteisiin perustuvilla ilmaisimilla on aktiivinen tutkimusala. Työssä selvitetään mahdollisuutta doupata Ga2O3 puolijohdetta neutroniaktiivisella boorilla tutkimalla materiaalin defektirakennetta. Tutkimuksesta selviää, että Ga2O3 puolijohteeseen on mahdollista lisätä elektronisesti neutraalia booria 10B monissa kemiallisissa olosuhteissa.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8919-5
Sähköinen ISBN978-952-60-8920-1
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • tiheysfunktionaaliteoria, semiklassinen, orbitaalivapaa

ID: 41317999