|
|
First-Principle Study of Electronic Properties of Ultrathin Layers
Nezval, David ; Vázquéz, Hector (referee) ; Friák, Martin (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
Tato práce charakterizuje strukturní vlastnosti adsorbovaných atomů galia a molekul vody na grafenu. Zkoumá také změny elektronových vlastností grafenu způsobené adsorpcí jednotlivých adsorbentů. Výpočty pomocí teorie funkcionálu hustoty (DFT) jsou ideálním nástrojem pro zkoumání a vysvětlení fyzikálních a chemických procesů, které probíhají během adsorpce. Elektronové vlastnosti jsou studovány pomocí výpočtů pásové struktury a Baderovy analýzy náboje. Nedávná experimentální zjištění odhalila, že při nízké koncentraci atomy Ga dopují grafen elektrony (n-dopování). Tento dopovací efekt se snižuje při vyšších koncentracích Ga atomů, kdy dochází ke tvorbě klastrů. Tato práce představuje adsorpci jednotlivých atomů Ga a klastrů tvořených více atomy Ga. Zatímco jednotlivé atomy n-dopují grafen 0,64 elektrony, atomy vázané v klastrech na sebe vzájemně působí, a tím oslabují dopování grafenu. Tvorba klastrů je zásadně ovlivněna difuzí atomů Ga po povrchu grafenu. Proto je část práce věnována výpočtům energie difuzní bariéry a tomu, jak může být tato bariéra ovlivněna nabitím grafenu. Experimentální pozorování ukazují, že u grafenu jež je vystaven působení molekul vody, dochází k dopování kladnými nosiči náboje (p-dopování). Tato pozorování však nebyla podpořena výpočty DFT. Tato práce zkoumá vliv vícevrstvé vody na elektronové vlastnosti grafenu. Pozornost byla věnována ovlivňování dopování grafenu v závislosti na orientaci molekul vody v první vrstvě nejblíže grafenu. Prezentované výsledky ukazují p-dopování grafenu, když je 6 nebo více vrstev vody orientováno kyslíkem ke grafenu.
|
|
|
Anion-exchange enabled tuning of caesium lead mixed-halide perovskites for high-energy radiation detection
Matula, Radovan ; Friák, Martin (referee) ; Dvořák, Petr (advisor)
Olovnato-halogenidové perovskity (OHP) se svými bezprecedentními funkčními vlastnostmi, které umocňuje jednoduché ladění zakázaného pásma, vzaly svět polovodičů útokem. Proces aniontové výměny, možný i po syntéze, umožňuje ladění zakázaného pásu OHP, což vede k olovnato-mix-halogenidovým perovskitům (OMHP), čímž se rozšiřuje jejich potenciál pro aplikace, zejména v oblasti laditelných detektorů. Širokému přijetí LMHP však brání jejich chemická nestabilita, která vede k segregaci halogenidů v materiálu, což zásadně omezuje spolehlivý provoz zařízení na bázi OMHP. Pochopení kinetiky segregace halogenidu přes delší časové intervaly zůstává výzvou, nabízi se tak použití teoretických simulací, jako jsou metody Monte Carlo (MC). Avšak MC simulace spoléhají na dobře definované povrchy potenciální energie (PPE), typicky odvozené z výpočetně náročných výpočtů teorie funkcionálu hustoty (DFT). V této práci navrhujeme nový přístup pro konstrukci dobře definovaných PPE z vysoce přesných DFT dat se zlomkem výpočetního zatížení. Využitím activation-relaxation technique noveau (ARTn) pro motivaci hledání přechodových bodů v PPE v kombinaci s nejmodernějšími přístupy strojového učení se snažíme výrazně snížit výpočetní náklady. Navíc s využitím klasické teorie hodnotíme detekční schopnosti vybraných OMHP.
|
|
|
First-principles studies of the electronic and structural properties of Lead Zirconate Titanate (PZT)
Planer, Jakub ; Friák, Martin (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
This work is focused on Density Functional Theory (DFT) calculations of oxygen vacancy diffusion barriers in mixed perovskite lead zirconate titanate and its pure counterparts. We found out that barrier heights are different in lead titanate and lead zirconate caused by the different localization of the excess electrons due to the oxygen vacancy formation. Diffusion barriers were also determined for titanium-rich mixed phases and compared to experimental values. This work contributes to clarify unusually low experimentally measured diffusion coefficients in PZT. We found out that the induced vacancy states are forming localized bonds to the lead atoms which causes the oxygen vacancies to become immobile due to the increase of the activation energy of the diffusion process.
|
|
|
Optical characterization of inorganic lead halide perovskites using ab-initio methods
Matula, Radovan ; Špaček, Ondřej (referee) ; Liška, Petr (advisor)
Tato práce se zabývá olovnato-halogenidovými perovskity (OHP), novou skupinou materiálů, jež našla své využití v oblastech jako například fotovoltaika a optoelektronika. Potenciál OHP leží v jejich elektronové struktuře a snadno laditelném zakázaném pásu, což má za následek jedinečné fyzikální a funkční vlastnosti. Ke studiu optických vlastností a elektronové struktury OHP využíváme teorie funkcionálu hustoty (DFT). DFT metoda je ab-initio metoda založená na principu minimalizace funkcionálu elektronové hustoty k nalezení základní energie daného systému. DFT metoda společně s hybridními funkcionály byla využita pro získání správné elektronové struktury a hodnoty zakázaného pásu pro krystal CsPbBr3. Teoreticky získaná data byla využita v modelu efektivní hmotnosti k porovnání s fotoluminiscenčními spektry jednotlivých CsPbBr3 nanokrystalů s cílem zjistit energiové hladiny excitonů v závislosti na velikosti a tvaru nanokrystalů.
|
|
|
The effect of impurities on the interface cohesion in multilayers in transition metal nitrides
Češka, Jakub ; Zelený, Martin (referee) ; Černý, Miroslav (advisor)
This work deals with the study of transtition metal nitride multilayers using first-principles calculations. Objects of this study are three particular systems AlN / TiN, AlN / VN and TiN / VN. Studied systems are in the B1 structure with an interface along the (001) plane. The main goal is to unravel the effect of impurity on cohesion in these multilayers. The impurity in question is a substitutional O atom replacing N in the lattice. Preferred positions of these substitutions are predicted for three different concentrations of substitution impurity. These predictions are based on the energy balance of substitutions in different positions. Resulting preferred positions within the multilayer may differ depending on the oxygen concentration. In most cases, the preferred position is at the interface between the two nitrides. For such systems with oxygen impurity in the preferred position a cleavage energy along several (001) planes is calculated. The effect of the impurity on the value of cleavage energy depends on its concentration. In the case of AlN / TiN multilayer, a suitable concentration of the impurity may increase the cleavage energy of the weakest link in multilayer compared to clean multilayer. In other cases the presence of impurity either causes a decrease in the cleavage energy or does not significantly affect its value.
|
|
|
Mechanistic Insights into Reactive Zeolite-Water Interactions
Benešová, Tereza ; Heard, Christopher James (advisor) ; Maldonado Dominguez, Carlos Mauricio (referee)
Title: Mechanistic Insights into Reactive Zeolite-Water Interactions Author: Tereza Benešová Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry Supervisor: Christopher Heard, PhD. Abstract: An in silico investigation of zeolite-water interactions was undertaken using a combined static and dynamic approach within density functional theory. Two periodic models of zeolite chabazite were used, purely siliceous and aluminosilicate in order to explain the different behaviour of water near Si-O-Si and Al-O-Si bridges. One or two water molecules per supercell of the model were used, corresponding to experimental conditions of steaming. Under such conditions, water can interact with zeolites by non-reactive adsorption but also by reactive interactions such as hydrolysis and oxygen exchange between water and the framework. The main goal of the study was to explain oxygen exchange at an atomistic level. The viable mechanisms of oxygen exchange were established. These mechanisms are different for Si-O-Si and Al-O-Si bridges but for both of them oxygen exchange is initiated by partial hydrolysis of the framework. After this hydrolysis, oxygen exchange heals the framework while incorporating into it the oxygen that originated from the water. Both established mechanisms are competitive with non-exchange...
|
|
|
Optical characterization of inorganic lead halide perovskites using ab-initio methods
Matula, Radovan ; Špaček, Ondřej (referee) ; Liška, Petr (advisor)
Tato práce se zabývá olovnato-halogenidovými perovskity (OHP), novou skupinou materiálů, jež našla své využití v oblastech jako například fotovoltaika a optoelektronika. Potenciál OHP leží v jejich elektronové struktuře a snadno laditelném zakázaném pásu, což má za následek jedinečné fyzikální a funkční vlastnosti. Ke studiu optických vlastností a elektronové struktury OHP využíváme teorie funkcionálu hustoty (DFT). DFT metoda je ab-initio metoda založená na principu minimalizace funkcionálu elektronové hustoty k nalezení základní energie daného systému. DFT metoda společně s hybridními funkcionály byla využita pro získání správné elektronové struktury a hodnoty zakázaného pásu pro krystal CsPbBr3. Teoreticky získaná data byla využita v modelu efektivní hmotnosti k porovnání s fotoluminiscenčními spektry jednotlivých CsPbBr3 nanokrystalů s cílem zjistit energiové hladiny excitonů v závislosti na velikosti a tvaru nanokrystalů.
|
|
|
The effect of impurities on the interface cohesion in multilayers in transition metal nitrides
Češka, Jakub ; Zelený, Martin (referee) ; Černý, Miroslav (advisor)
This work deals with the study of transtition metal nitride multilayers using first-principles calculations. Objects of this study are three particular systems AlN / TiN, AlN / VN and TiN / VN. Studied systems are in the B1 structure with an interface along the (001) plane. The main goal is to unravel the effect of impurity on cohesion in these multilayers. The impurity in question is a substitutional O atom replacing N in the lattice. Preferred positions of these substitutions are predicted for three different concentrations of substitution impurity. These predictions are based on the energy balance of substitutions in different positions. Resulting preferred positions within the multilayer may differ depending on the oxygen concentration. In most cases, the preferred position is at the interface between the two nitrides. For such systems with oxygen impurity in the preferred position a cleavage energy along several (001) planes is calculated. The effect of the impurity on the value of cleavage energy depends on its concentration. In the case of AlN / TiN multilayer, a suitable concentration of the impurity may increase the cleavage energy of the weakest link in multilayer compared to clean multilayer. In other cases the presence of impurity either causes a decrease in the cleavage energy or does not significantly affect its value.
|
|
|
Structure and dynamics of electronic defects in liquid water
Maršálek, Ondřej ; Jungwirth, Pavel (advisor) ; Horáček, Jiří (referee) ; Pittner, Jiří (referee)
Title: Structure and dynamics of electronic defects in liquid water Author: Ondřej Maršálek Institute: Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic Supervisor: prof. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc. Supervisor's e-mail address: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstract: In this thesis we present ab inito molecular dynamics simulations of two different electronic defects in water. Photoionization of liquid water produces a cationic hole, which undergoes ultrafast dynamics and forms the hydrated proton and the hydroxyl radical as its products. We study both the dynamics and spectroscopy of this process. The hydrated electron is a key intermediate in radiation chemistry of aqueous systems. We simulate its equilibrium properties in anionic water clusters as well as the dynamics of vertical electron attachment to cold and warm clusters. The hydrated electron reacts with a hydrated proton to form a hydrogen atom. We examine this reaction at a finite temperature in a larger cluster as well as in more detail in a smaller cluster. Because both of the electronic defects studied here are challenging open-shell species, we put emphasis on benchmarking and testing our computational setup. Six published articles are attached to the thesis. Keywords: density functional theory,...
|
|
|
Theoretical investigation of water-zeolite interactions under steaming conditions
Benešová, Tereza ; Heard, Christopher James (advisor) ; Fišer, Jiří (referee)
The thesis is focused on theoretical study of hydrolysis and isotopic oxygen exchange in zeolite chabazite under steaming conditions. The theoretical study was performed by the methods of computational chemistry, namely density functional theory. Reactions of water with zeolites were investigated within the periodic model with chabazite supercell consisting of 36 Si/Al tetrahedra. Reactivity was investigated for one or two water molecules corresponding to the conditions relevant to high-temperature steaming. Relevant mechanisms of isotopic oxygen exchange were found and their competitiveness with hydrolysis was discussed.
|
guest ::
