Sc2CdZ (Z = Ga, In, Tl) tam Heusler alaşımlarının fiziksel özelliklerinin ab-initio ile incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, tam Heusler yapısındaki Sc2CdZ (Z = Ga, In, Tl) alaşımlarının yapısal, elektronik, mekanik (elastik), termodinamik ve fonon özellikleri ilk ilkeler (ab initio) yöntemleri kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Tüm hesaplamalar, Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) çerçevesinde Quantum ESPRESSO simülasyon paketi ile gerçekleştirilmiştir. Araştırma kapsamında öncelikle bileşiklerin toplam enerji-hacim değişimleri üzerinden denge kafes parametreleri belirlenmiş ve yapısal kararlılıkları test edilmiştir. Elektronik bant yapıları ve durum yoğunluğu (DOS) analizleri incelendiğinde, ele alınan alaşımların kendilerine özgü elektronik karakterleri ortaya konmuş; ayrıca malzemelerin herhangi bir net manyetik moment sergilemediği ve manyetik olmayan (non-manyetik) bir temel duruma sahip oldukları tespit edilmiştir. Malzemelerin mekaniksel davranışlarını ve kararlılık sınırlarını belirlemek amacıyla elastik sabitleri hesaplanmış; bu verilerden yola çıkılarak süneklik, kırılganlık ve sertlik gibi mikroskobik mekanik özellikleri yorumlanmıştır. Sıcaklığa bağlı termodinamik süreçlerin anlaşılması adına Debye sıcaklığı, özgül ısı kapasitesi ve entropi gibi temel büyüklükler geniş bir sıcaklık aralığında modellenmiştir. Sistemin örgü dinamiklerini ortaya koyan fonon dağılım eğrileri analiz edildiğinde ise, her üç alaşımın da tüm Brillouin bölgesi boyunca herhangi bir negatif (sanal) frekans barındırmadığı ve dinamik olarak tam kararlı bir yapı sergilediği kesin olarak belirlenmiştir. Elde edilen teorik bulgular, kararlı yapılarıyla öne çıkan Sc2CdZ serisinin teknolojik uygulamalardaki potansiyelini değerlendirmek adına önemli veriler sunmakta olup, bu manyetik olmayan malzemelerin ileri mikroelektronik, termoelektrik veya işlevsel kaplama teknolojileri gibi alanlarda değerlendirilebileceğini göstermektedir. Bu çalışma, literatürde görece az çalışılmış olan skandiyum tabanlı Heusler alaşımlarının fiziksel mekanizmalarına ışık tutarak gelecekteki deneysel araştırmalara sağlam bir teorik temel oluşturmayı hedeflemektedir.