Počítačové modelování vlastností binárních dvoudimenzionálních polovodičů užitím mnohočásticových metod

Mgr. Miroslav KOLOS

Doctoral thesis

Computer modeling of two-dimensional binary semiconductors properties using many-body methods

Abstract:

Two-dimensional materials are very perspective for modern devices because of their exceptional properties, whether in pure form or heterostructures. However, practical preparation is very complicated, and it is essential to know what properties we can expect of such material. Computer modeling using many-body methods can provide reliable predictions of electronic and optical properties of 2D materials. To obtain precise properties, careful control of the used methods is crucial, especially in technical settings. Otherwise, biased results may be achieved. This dissertation thesis presents the direct comparison of calculated electronic and optical properties using many-body methods (GW and Bethe-Salpeter equation (BSE)) with experimental results for bulk hexagonal boron nitride, supported by a careful convergence of properties to technical parameters of these many-body methods. Subsequently, the same techniques are used for obtaining the electronic and optical properties of ten two-dimensional materials (hexagonal boron nitride analogs). Finally, one of these materials is treated including temperature effects. Considering such effects is then discussed as the next step for accurate realistic modeling of electronic and optical properties of novel 2D materials.

Abstract:

Dvoudimenzionální materiály mají velkou perspektivu pro využití v moderních technologiích díky jejich výjimečným vlastnostem, ať už v čisté formě nebo ve formě heterostruktur. Praktická příprava 2D materiálů je velmi komplikovaná a je nezbytné vědět, jaké vlastnosti můžeme od takového materiálu očekávat. Elektronické a optické vlastnosti 2D materiálů lze spolehlivě získat počítačovým modelováním pomocí mnohočásticových metod. Pro získání přesných výsledků je potřeba být opravdu pečlivý, a to zejména v technickém nastavení, jinak lze očekávat zkreslené výsledky. V této disertační práci je prezentováno přímé srovnání vypočtených elektronických a optických vlastností pomocí mnohočásticových metod (GW a Betheho-Salpeterova rovnice (BSE)) s experimentálními výsledky u hexagonálního nitridu bóru. Pomocí těchto metod jsou pak vypočteny elektronické a optické vlastnosti deseti dvoudimenzionálních materiálů, analogů nitridu bóru. Pro jeden materiál z této sady jsou dále zahrnuty teplotní vlivy, což je diskutováno jako další krok pro přesné předpovědi elektronických a optických vlastností nových 2D materiálů.

Keywords

GW, Betheho-Salpeterova rovnice (BSE), 2D materiál, nitrid bóru, elektrické vlastnosti, optické vlastnosti, absorpční spektrum, teplotní závislost

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 7. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 30. 8. 2021
• Supervisor: Mgr. František Karlický, Ph.D., Mgr. František Karlický, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Applied Physics / Biofyzika