|
|
First-Principle Study of Electronic Properties of Ultrathin Layers
Nezval, David ; Vázquéz, Hector (oponent) ; Friák, Martin (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
This work characterizes the structural properties of adsorbed gallium atoms and water molecules on graphene. It also investigates the changes in the electronic properties of graphene caused by the adsorption of each adsorbent. The density functional theory (DFT) calculations are the perfect tool to investigate and explain the physical and chemical processes that occur during adsorption. The electronic properties are studied using band structure calculations and the Bader charge analysis. Recent experimental findings have revealed that in low concentration the Ga atoms negatively dope (n-doping) graphene. This doping effect is reduced at higher Ga concentrations when the clustering of Ga atoms occurs. This work presents the adsorption of individual Ga atoms and the Ga clusters. While single atoms n-dopes graphene with 0.64 electrons, atoms bound in clusters interact with each other and thus weaken the doping of graphene. Cluster formation is fundamentally affected by the diffusion of Ga atoms over graphene. Therefore, a section is devoted here to calculations of the diffusion barrier energy and how this barrier can be affected by the charging of graphene. The experimental observations indicate positive doping (p-doping) of graphene exposed to water molecules. However, these observations were not supported by DFT calculations. This thesis investigates the effect of multilayer water on the electronic properties of graphene. Attention has been paid to the influence of the water molecule orientation in the first layer toward graphene on its doping properties. The presented results show p-doping of graphene when 6 or more layers of water are oriented by oxygen to graphene.
|
|
|
Anion-exchange enabled tuning of caesium lead mixed-halide perovskites for high-energy radiation detection
Matula, Radovan ; Friák, Martin (oponent) ; Dvořák, Petr (vedoucí práce)
Lead halide perovskites (LHPs) with their unprecedented functional qualities which are only enhanced by the simple band gap tuning, have taken the world of semiconductors by storm. The process of anion exchange, possible even post-synthesis, allows for band gap tuning of LHPs, resulting in lead mixed-halide perovskites (LMHPs), thus expanding their potential for applications, notably in tuneable detectors. The widespread adoption of LMHPs is, however, hindered by their chemical instability, which leads to halide segregation in the material, seriously inhibiting reliable operation of any LMHP-based device. Understanding the kinetics of the halide segregation over extended periods remains a challenge, motivating the use of theoretical simulations like Monte Carlo (MC) methods. Yet, MC simulations rely on well-defined potential energy surfaces (PES), typically derived from computationally intensive density functional theory (DFT) calculations. In this thesis, we propose a novel approach for constructing well-defined PES from high-fidelity DFT data with fraction of the computational load. Utilizing activation-relaxation technique noveau (ARTn) motivated searches for transition points in the PES combined with state-of-the-art machine learning approaches, we aim to to significantly reduce computational costs. Additionally, employing classical theory, we assess the detection capabilities of selected LMHPs.
|
|
|
Ab-initio výpočty elektronických a strukturních vlastností olovo-zirkonátu-titanátu (PZT)
Planer, Jakub ; Friák, Martin (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
Tato práce je zaměřena na výpočty difuzních bariér kyslíkových vakancí v olovo-zirkonátu-titanátu a jeho komponent pomocí teorie funkcionálu hustoty. Zjistili jsme, že velikost bariér je různá v olovo titanátu a olovo zirkonátu, což je způsobené rozdílnou lokalizací elektronů pocházejících ze vzniku kyslíkových vakancí. Difuzní bariéry byly nadále určeny pro směs s vysokým podílem titanu a porovnány s experimentálními výsledky. Přínos této práce spočívá v objasnění neobvykle nízkých difuzních koeficientů, které byly experimentálně měřeny na olovo-zirkonátu-titanátu. Zjistili jsme, že elektronové stavy vyvolané přítomností kyslíkových vakancí vytváří lokální vazby mezi atomy olova, což způsobuje, že kyslíkové vakance jsou nepohyblivé v důsledku zvýšení aktivační energie difuzního procesu.
|
|
|
Optical characterization of inorganic lead halide perovskites using ab-initio methods
Matula, Radovan ; Špaček, Ondřej (oponent) ; Liška, Petr (vedoucí práce)
This thesis deals with lead halide perovskites (LHPs), a relatively new group of materials which have found much use in fields such as photovoltaics and optoelectronics. LHPs’ potential lies in their electronic structure and easily tunable band gap, which result in unique physical and functional properties. To study LHPs’ optical properties and electronic structure we employ density functional theory (DFT). The DFT method is an ab-initio method built upon minimization of electron density functional to find the ground state energy of a given system. The DFT method was employed along with the use of hybrid functionals to obtain the correct band structure and band gap of CsPbBr3 bulk. The theoretically obtained data were used in the effective mass model to compare with the photoluminescence emission peaks of individual CsPbBr3 nanocrystals to correctly assess the exciton energy levels based on the nanocrystals’ size, and shape.
|
|
|
Vliv nečistot na kohezi rozhraní v multivrstvách nitridů tranzitivních kovů
Češka, Jakub ; Zelený, Martin (oponent) ; Černý, Miroslav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá studiem multivrstev nitridů tranzitivních kovů pomocí prvoprincipiálních výpočtů. Studovány jsou tři konkrétní systémy AlN / TiN, AlN / VN a TiN / VN. Tyto systémy jsou studovány ve struktuře B1. Rozhraní je orientováno podél krystalové roviny (001). Hlavním cílem je objasnění vlivu nečistoty na kohezi multivrstev. Studovanou nečistotou je substituční atom O, který v nitridu nahradí atom N. Pro zmíněné systémy jsou predikovány preferované pozice substituce pro tři rozdílné koncentrace substitučních atomů. Tyto predikce jsou provedeny na základě energetické bilance substituce v různých pozicích. Podle výsledků se preferované pozice substituce mohou lišit pro rozdílné koncentrace kyslíku. Ve většině případů se preferované pozice nacházejí na rozhraní mezi nitridy. Pro systémy s nečistotou v preferované pozici jsou vypočteny hodnoty lomové energie pro různé lomové roviny ve směru (001). Vliv nečistoty na lomovou energii závisí na její koncentraci. V případě multivrstvy AlN / TiN bylo při vhodné koncentraci pozorováno zvýšení lomové energie nejslabšího článku multivrstvy. V ostatních případech se lomová energie vlivem přítomnosti nečistoty výrazně neměnila nebo se zhoršila.
|
|
|
Mechanistic Insights into Reactive Zeolite-Water Interactions
Benešová, Tereza ; Heard, Christopher James (vedoucí práce) ; Maldonado Dominguez, Carlos Mauricio (oponent)
Název práce: Teoretické studium reaktivních interakcí vody se zeolity Autor: Tereza Benešová Katedra: Katedra fyzikální a makromolekulární chemie Školitel: Christopher Heard, PhD. Abstrakt: Byla provedena in silico studie interakcí vody se zeolity kombinující statický i dynamický přístup výpočtů teorie funkcionálu hustoty. Byly použity dva periodické modely zeolitu chabazitu, čistě křemičitý a hlinitokřemičitý, což umožnilo vysvětlit rozdíl mezi chováním vody v blízkosti Si-O-Si a Al-O-Si můstku. V modelu byly zahrnuty jedna nebo dvě molekuly vody v jednotkové supercele, což odpovídá experimentálním podmínkách za vysokých teplot. Za těchto podmínek může voda reagovat se zeolity prostřednictvím adsorpce, ale rovněž prostřednictvím reaktivních interakcí jako je hydrolýza a výměna kyslíku mezi vodou a mřížkou zeolitu. Hlavním cílem práce bylo objasnění této výměny kyslíku na atomární úrovni. Byly nalezeny proveditelné mechanismy výměny kyslíku. Tyto mechanismy jsou rozdílné pro Si-O-Si a Al-O-Si můstek, nicméně pro oba můstky je výměna kyslíku iniciována částečnou hydrolýzou mřížky. Po této hydrolýze mechanismus výměny kyslíku uzdravuje mřížku a zanechává v ní kyslík, který byl původně v molekule vody. Oba nalezené mechanismy jsou konkurenceschopné s uzdravením mřížky bez výměny kyslíku i s další hydrolýzou...
|
|
|
Optical characterization of inorganic lead halide perovskites using ab-initio methods
Matula, Radovan ; Špaček, Ondřej (oponent) ; Liška, Petr (vedoucí práce)
This thesis deals with lead halide perovskites (LHPs), a relatively new group of materials which have found much use in fields such as photovoltaics and optoelectronics. LHPs’ potential lies in their electronic structure and easily tunable band gap, which result in unique physical and functional properties. To study LHPs’ optical properties and electronic structure we employ density functional theory (DFT). The DFT method is an ab-initio method built upon minimization of electron density functional to find the ground state energy of a given system. The DFT method was employed along with the use of hybrid functionals to obtain the correct band structure and band gap of CsPbBr3 bulk. The theoretically obtained data were used in the effective mass model to compare with the photoluminescence emission peaks of individual CsPbBr3 nanocrystals to correctly assess the exciton energy levels based on the nanocrystals’ size, and shape.
|
|
|
Vliv nečistot na kohezi rozhraní v multivrstvách nitridů tranzitivních kovů
Češka, Jakub ; Zelený, Martin (oponent) ; Černý, Miroslav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá studiem multivrstev nitridů tranzitivních kovů pomocí prvoprincipiálních výpočtů. Studovány jsou tři konkrétní systémy AlN / TiN, AlN / VN a TiN / VN. Tyto systémy jsou studovány ve struktuře B1. Rozhraní je orientováno podél krystalové roviny (001). Hlavním cílem je objasnění vlivu nečistoty na kohezi multivrstev. Studovanou nečistotou je substituční atom O, který v nitridu nahradí atom N. Pro zmíněné systémy jsou predikovány preferované pozice substituce pro tři rozdílné koncentrace substitučních atomů. Tyto predikce jsou provedeny na základě energetické bilance substituce v různých pozicích. Podle výsledků se preferované pozice substituce mohou lišit pro rozdílné koncentrace kyslíku. Ve většině případů se preferované pozice nacházejí na rozhraní mezi nitridy. Pro systémy s nečistotou v preferované pozici jsou vypočteny hodnoty lomové energie pro různé lomové roviny ve směru (001). Vliv nečistoty na lomovou energii závisí na její koncentraci. V případě multivrstvy AlN / TiN bylo při vhodné koncentraci pozorováno zvýšení lomové energie nejslabšího článku multivrstvy. V ostatních případech se lomová energie vlivem přítomnosti nečistoty výrazně neměnila nebo se zhoršila.
|
|
|
Structure and dynamics of electronic defects in liquid water
Maršálek, Ondřej ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Horáček, Jiří (oponent) ; Pittner, Jiří (oponent)
Název práce: Struktura a dynamika elektronických defektů v kapalné vodě Autor: Ondřej Maršálek Ústav: Ústav orgaincké chemie a biochemie, Akademie věd České republiky Vedoucí doktorské práce: prof. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc. e-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: V této práci předkládáme ab initio molekulárně dynamické simulace elektron- ických defektů v kapalné vodě. Fotoionizací kapalné vody vzniká kationtová díra, která ultrarychlým procesem reaguje na hydratovaný proton a hydroxylový radikál. Studujeme dynamiku i spektroskopii tohoto procesu. Hydratovaný elektron je klíčovým meziproduk- tem v radiační chemii vodných roztoků. Simulujeme jeho rovnovážné vlastnosti v záporně nabitých vodních klastrech i dynamiku vertikálního záchytu elektronu teplými a studenými klastry. Reakcí hydratovaného elektronu a hydratovaného protonu vzniká vodíkový atom. Tuto reakci zkoumáme za konečné teploty ve větším klastru a detailněji v klastru menším. Protože oba zde studované elektronické defekty jsou náročné systémy s otevřenou slup- kou, klademe důraz na ověření nastavení výpočtů. K práci je přiloženo šest publikovaných článků. Klíčová slova: teorie funkcionálu hustoty, selfinterakční korekce, ab...
|
|
|
Teoretické zkoumání interakce vody se zeolity za vysokých teplot
Benešová, Tereza ; Heard, Christopher James (vedoucí práce) ; Fišer, Jiří (oponent)
Tato práce se zabývala teoretickým studiem hydrolýzy a izotopické výměny kyslíků v zeolitu chabazitu za vysokých teplot. Teoretická studie byla provedena metodami výpočetní chemie, konkrétně s využitím teorie funkcionálu hustoty. Reakce vody se zeolitem byly modelovány pomocí periodického modelu, ve kterém byl chabazit reprezentován periodicky se opakující supercelou sestávající z 36 Si/Al tetraedrů. Reakce byly studovány pro jednu nebo dvě molekuly vody, tedy pro situace odpovídající vysokým teplotám. Byly nalezeny relevantní mechanismy izotopické výměny kyslíku a byla diskutována jejich kompetice s hydrolýzou zeolitové mřížky.
|
host ::
RSS.