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dc.contributor.advisor정용재-
dc.contributor.authorMinyeong Je-
dc.date.accessioned2019-02-28T03:01:28Z-
dc.date.available2019-02-28T03:01:28Z-
dc.date.issued2019-02-
dc.identifier.urihttps://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/99368-
dc.identifier.urihttp://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000434381en_US
dc.description.abstract소자의 사이즈가 점점 소형화됨에 따라, 독특한 특성을 지닌 나노 구조는 나노스케일 응용분야 사업에서 많은 관심을 가지고 연구가 진행되고 있다. 나노 스케일 응용분야에서, 소자 성능은 표면 상태에 민감한 다양한 특성들과 매우 밀접하게 연관되어 있다. 그러나, 실제 실험에서는 나노 구조의 특성들에 대한 정확한 측정 및 분석이 어렵다. 따라서, 이 논문에서는 원자 스케일에서의 현상 관측 및 분석에 강한 방법 중 하나인 밀도범함수 계산을 이용하여 나노 구조의 구조적, 전기적, 그리고 화학적 특성에 대한 표면 영향에 대한 분석을 주로 다뤘다. 나노 구조 형태의 박막 필름에서 수직 자기이방성이 높은 밀도 저장 장치를 얻기 위해 매우 중요한 요인이다. 따라서, 이 논문에서는 L1_(0)-ordered Co/Pd(001)의 표면 구조 및 자기 이방성 에너지에 대해 조사하였다. 열역학 식을 통해 안정한 구조가 두 가지인 것을 발견하였다. Co-rich B와 Pd-rich A와 동일한 구조인 다른 물질들과 비교했을 때 Pd-rich A의 경우만 수직 자기이방성 특성을 보였다. 이 결과들은 수직 자기이방성이 Pd-rich A와 같은 구조에서 항상 보이는 것은 아니라는 사실을 가리킨다. 그러므로, 본 논문의 결과는 기질인 Pd 위에 L1_(0)-ordered Co/Pd(001)을 이용하여 자성 소자를 제조할 때 유용한 가이드를 제공할 것으로 기대된다. 본 논문은 Cr_(2)C 기반MXene의 각 표면에 서로 다른 작용기가 존재할 때 자기 및 전기적 특성특성에 대해 조사하였다. 일반적인 이차원 물질과 다르게, Cr_(2)CF(OH)에서 각 표면의 작용기들은 반대쪽 표면의 특성에 거의 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. 이는 각 작용기 쪽의 구조적인 차이가 Cr_(2)CF_(2)와 Cr_(2)C(OH)_(2)와 비교했을 때 매우 작아 발생한다. 이로 인해, 각 작용기와 결합된 Cr의 각 자기 모멘트 는 Cr_(2)CF_(2)와 Cr_(2)C(OH)의 비교했을 때 변하지 않고 결과적으로 페리 자성을 띈다. 마찬가지로, Cr_(2)CF_(2)와 Cr_(2)C(OH)_(2)와 비교했을 때 원자 기여도가 유지되는 각 스핀 밴드에서의 에너지 레벨의 상대적인 위치 때문에 반도체 특성을 보인다. 그러므로, 이 논문의 결과는 상대적으로 많이 알려져 있는 한가지 작용기가 흡착된 Cr_(2)C의 특성을 이용하여 서로 다른 작용기가 흡착된 Cr_(2)C기반 물질의 자기 및 전기적 특성을 예측할 수 있는 통찰력을 제공할 것으로 기대된다. 세 번째로 비수계 리튬 공기 전지의 촉매로서 g-C_(3)N_(4)의 전기화학적 성능을 리튬 산화물의 초기 반응을 이용해서 조사하였다. 헵타진의 과전압이 트리아진과 다른 귀금속들과 비교해서 매우 뛰어나다는 것을 증명하였다. 열역학 식을 사용하여, 과전압에 영향을 끼치는 충전 전압이 리튬 산화물 중에서 LiO_(2) 분자의 흡착과 밀접하게 연관된 사실을 확인하였다. 이는 헵타진과 트리아진 구조적 차이에 의해 발생하는 리튬과 결합하고 있는 N 원자의 전자 차이로 인해 발생한다. 따라서, 본 논문의 결과는 비수계 리튬 공기 전지의 촉매로서 N 도핑 된 카본 기반의 물질을 디자인 할 때 가이드라인을 제공할 것으로 기대된다. 마지막으로 본 논문에서는 C_(3)N_(4)/PtS_(2) 헤테로 구조는 가시광선 영역을 흡수할 수 있는 밴드 갭을 가지고 있어서 효율적인 광 촉매로 적합한 것을 확인하였다. 결과적으로 해당 구조는 staggered gap로 인해 C_(3)N_(4)의 약점인 빠른 광 발생된 전자 정공 쌍의 재결합을 극복하였고 또한 강한 산화 능력을 보이는 것을 확인했다. 본 논문에서는 C_(3)N_(4) 기반의 광 촉매에서 광 발생된 전자 쌍의 lifetime을 증가 시키기 위한 촉매로서 PtS_(2)의 가능성을 확인하였다. 본 논문에서는 나노 구조 표면이 소자 성능에 영향을 미치는 자기이방성의 방향성을 결정하거나, 자기적 및 전기적 특성을 유지하거나, 낮은 과전압을 낮추거나, 전자쌍의 재결합 속도 조절을 한다는 사실을 밝혔다. 이는 나노 스케일의 소자가 산업적으로도 많이 사용되는 시점에서 나노 구조의 표면을 이용하여 소자에 맞는 특성을 조절하는 방법을 다양한 관점을 발견해 나아감에 있어서 나노 스케일 소자의 발전에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.-
dc.description.abstractAccompanying the attempts to miniaturize the devices into nanoscale, nanostructures have attracted research interests to mainly nanoscale application industry due to its unique properties. The device performance was closely related to the various properties, which is sensitive to the surface condition. However, the accuracy observing and analyzing about these characteristics is difficult in experimental process. From this reason, this thesis mainly dealt with the analysis about the surface effect on the structural, electronic, and chemical properties of nanostructure using density functional theory (DFT) calculation, which is one of the powerful methods to observe and analyze the phenomena in atomic scale, when applied to the various device. Perpendicular magnetic anisotropy (PMA) in thin film is the key factor to obtain good properties for high density storage devices. Thus, the first system dealt in this thesis is the surface structure and magnetic anisotropy energy of L1_(0)-ordered Co/Pd (001). The stable surface structures were Pd-rich A and Co-rich B. The DOS showed a clear distinct electronic structure between stable structures derived from the structural difference. Pd-rich A only showed PMA when compared to Co-rich B and other materials that have the same structure. This result indicates that PMA does not always show in a sandwich structure such as Pd-rich A. Therefore, the results will provide a useful guide to magnetic devices created using L1_(0)-ordered Co/Pd (001) on substrate Pd. The second topic is that magnetic and electronic properties, when the different functional groups exist on each side of Cr_(2)C-based MXene, was investigated. Unlike typical 2D materials, each functional group in the Cr_(2)C with F and OH, Cr_(2)CF(OH), was found to have a negligible effect on the magnetic and electronic properties of the other side. This unique phenomenon results from the small differences in geometry, compare to the Cr_(2)CF_(2) and Cr_(2)C(OH)_(2). Due to the preserved magnetic moments of the bound Cr, Cr_(2)CF(OH) exhibits ferrimagnetism. Likewise, semiconducting characters are present because the atomic contributions of each energy level from Cr_(2)CF_(2) and Cr_(2)C(OH)_(2) are maintained. Thus, it demonstrates that a combination of functional groups that shows certain desired properties can be selected when designing Cr_(2)C-based spintronic and electronic devices. The third is that the electrochemical performance of g-C_(3)N_(4) as catalyst of the non-aqueous Li-O_(2) batteries was investigated using the initial stage of Li_(X)O_(2). Using ab-initio thermodynamics calculation, it confirmed that the overpotential of heptazine is remarkable, comparable to the triazine and the precious metal. It revealed that the overpotential differences between substrates were affected by the charge voltage. Using the potential-dependent surface phase diagram, it was confirmed that the charge voltage relates to the adsorption energy of LiO_(2). These results stem from the electrons differences of bound N atoms in the cavity, which vary depending on the heptazine and triazine. Thus, these findings may provide a noble insight to design the N-doped carbon based materials as catalyst for non-aqueous Li-O_(2) batteries, which have low overpotential than the existing catalyst materials. The final topic is the feasibility of PtS_(2) as a co-catalyst to enhance the photocatalytic efficiency of g-C_(3)N_(4). This heterostructure is suitable for an efficient photocatalyst because its band gap was contained in the rage of visible-light. It show the type-II heterostructure. Therefore, this system complements the weak points of g-C_(3)N_(4) that include fast recombination of the photogenerated electron-hole pair. It confirmed that the g-C_(3)N_(4)/PtS_(2) has strong oxidation ability. This thesis could thus bring a noble insight to design the co-catalyst for g-C_(3)N_(4)-based photocatalyst, which can increase lifetime of the photogenerated electron-hole pair. Likewise, this thesis found out new phenomena and it is closely related to the determination factor of device performance, which is the direction of magnetic anisotropy, preserved magnetic and electronic properties, low overpotential, and lifetime of photogenerated electron-hole pair. Thus, this thesis could be make a great contribution to the development of nanoscale devices using the surface engineering for the proper properties according to the device.-
dc.publisher한양대학교-
dc.titleAtomic-scale simulation study on surface-dependent structural, electronic and chemical properties of nanostructures-
dc.typeTheses-
dc.contributor.googleauthor제민영-
dc.contributor.alternativeauthor제민영-
dc.sector.campusS-
dc.sector.daehak대학원-
dc.sector.department신소재공학과-
dc.description.degreeDoctor-
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING(신소재공학과) > Theses (Ph.D.)
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