در این پایان نامه، بر اساس رهیافت تابع گرین و هامیلتونی تنگابست، در تقریب نزدیکترین همسایه ها، به بررسی ترابرد الکترونی در ترانزیستورهای اثر میدانی گرافینی، بر اساس تونل زنی کوانتومی، خواهیم پرداخت. این ترانزیستورها شامل دو نانونوار گرافینی است؛ که چند لایه بور-نیترید در بین آن ها جای گرفته است. نتایج نشان می دهد، که در انرژی هایی در محدوده سد تونل زنی، ترابرد حامل های بار به تعداد لایه های بور-نیترید و پهنای نانونوار وابسته است.

در این پایان نامه، پس از توصیف نظری ترابرد الکترونی در نانونوارهای گرافینی، اثر کرنش و میدان مغناطیسی را بر ویژگی های ترابرد الکترونی نانونوارهای گرافینی ابرشبکه با لبه ی زیگزاگ و دسته صندلی، در مدل بستگی قوی و رهیافت تابع گرین بررسی خواهیم کرد. اثر کرنش تحت زوایای گوناگون و همچنین اثر میدان مغناطیسی یکنواخت عمود بر سامانه را بر رسانش الکتریکی و چگالی حالات الکترونی، به روش عددی مطالعه خواهیم نمود. می توان با تغییر میزان کرنش و مقدار شار مغناطیسی شکاف انرژی سامانه را کنترل نمود. این نتایج می تواند در طراحی قطعات الکترونیکی در حوزه نانو کابردهای مهمی داشته باشد.

در چند دهه ی اخیر ساخت و مطالعه ی سامانه های با بعد پائین است که اغلب ویژگی های بسیار متفاوتی نسبت به ساختار های معمول سه بعدی دارند‏، مورد مطالعه قرار گرفته اند. در نانوفناوری این نوع ساختارهای با ابعاد کم مانند دیگر مواد از نظر ساختار الکترونی و پدیده های مربوط به ترابرد الکترونی در آنها مورد توجه هستند. دو عامل مهم موجب اهمیت فوق العاده و ویژه ی ساختارهای با ابعاد کم شده است. نخست اینکه اثرات کوانتومی و پدیده های فیزیکی منحصر به فردی در این ساختارها رخ می دهد و دوم اینکه اهمیت ساختارهای دوبعدی و یک بعدی امکان استفاده ی آنها در نانوالکترونیک و ساخت رایانه های کوانتومی را می دهد.‎‎‎ به تازگی به دلیل ساخت ورقه های گرافین به عنوان ساختار های دوبعدی‏، علاقه مندی برای بررسی ویژگی ترابرد الکترونی این ساختارها افزایش یافته است. گرافین از جهات مختلفی مورد توجه فیزیکدانان است که عمده ترین عامل آن ساختار نواری خاص آن است. ‎‎شکاف انرژی برای کنترل خواص الکترونی نانووسیله ها ضروری است. گرافین یک شبه فلز بدون شکاف بوده و رابطه پاشندگی خطی و شبه نسبیتی دارد. به طور تجربی نشان داده شده است که برانگیختگی ها در گرافین‎‎ مانند فرمیون های دیراک بدون جرم رفتار‎ می کنند و بنابراین این ساختار کاملاََ از فلزات و نیم رساناهای معمول متمایز است و انتظار می رود ترابرد الکترونی آن ویژگی های منحصر به فرد داشته باشد. آنچه برای کاربرد های الکترونی مناسب تر می نماید‏، نانوساختارهایی با عرض محدود از گرافین است. نکته با اهمیتی که در مورد این ساختارها موسوم به نانونوار وجود دارد‏، امکان داشتن مرز های مختلف با ویژگی های متمایز است. از نانونوار های گرافینی باریک برای کنترل ترابرد الکترونی می توان استفاده کرد.با تغییر پهنا و شکل یک نانووسیله می توان خواص ترابرد آن را تغییر داد. ویژگی ترابرد در نانووسیله های به شکل ‎$‎‎‎s‎$‎‎‎‎‎‎‎ کمتر مورد بررسی واقع شده است. در این پایان نامه که هدف بررسی ترابرد الکترونی در نانونوار های گرافینی ‎$‎‎‎s‎$‎‎-شکل است‏، ابتدا در فصل 1 به معرفی عمومی از کربن و ساختارهای کربنی از جمله گرافین می پردازیم. در ادامه در فصل 2 مقدمه ای نسبتا تفصیلی بر توصیف ساختارهای بور-نیترید شش ضلعی خواهیم داشت. فصل 3 مروری بر رهیافت تابع گرین به عنوان روش کار برای محاسبه ترابرد الکترونی است. فصل 4 به محاسبات عددی ویژگی های ترابرد الکترونی نانونوارهای گرافینی s-شکل و اثر هیبرید بور-نیترید و میدان مغناطیسی بر سامانه را خواهیم پرداخت.

در این پایان نامه، ما ترابرد الکترونی در گرافین را در حضور برهم کنش اسپین-مدار راشبا با استفاده از روش ماتریس انتقال مورد مطالعه قرار می¬دهیم. ابتدا یک ناحیه¬ی اسپین-مدار ناهمگن بین دو ناحیه¬ی نرمال در یک گرافین تخت در نظر می¬گیریم، که در مرز ناحیه¬ی بین اسپین-مدار با ناحیه¬ی نرمال شدت اسپین- مدار به صورت خطی تغییر پیدا می¬کند و ناحیه-ی مرکزی اسپین-مدار دارای شدت اسپین- مدار ثابتی می¬باشد. احتمال عبور، رسانش، رسانش کل، قطبش رسانش کل و ضریب فانو را مورد مطالعه قرار دادیم. نتایج ما نشان می¬دهند، با افزایش طول ناحیه¬ی مرزی دامنه¬ی نوسانات رسانش کاهش پیدا می¬کند. هم-چنین به طور هم زمان اندازه¬ی رسانش افزایش می¬یابد. علاوه بر این رفتار ضریب فانو وابستگی شدیدی به طول ناحیه¬ی مرزی دارد. در بخش بعدی مطالعات، با استفاده از محاسبات عددی ترابرد وابسته به اسپین را در گرافین خمیده و نانو نوارهای گرافینی خمیده بررسی کردیم. خمیدگی نانو نوار، به صورت گوسی در نظر گرفته شده است. خمیدگی باعث افزایش برهم کنش اسپین-مدار می¬شود. با اعمال لبه¬ی نرم برای گرافین خمیده مشاهده شد، بدون وجود مواد فرومغناطیس می¬توانیم جریان وابسته به اسپین داشته باشیم. این نتایج می-تواند در طراحی قطعات الکترونیکی با کنترل جریان اسپینی در فناوری نانو کاربرد های مهمی داشته باشد.

تشخیص زود هنگام بیماری های سرطانی یکی از عوامل مهم در درمان موثر آنهاست چرا که تشخیص تومورهای بدخیم در مراحل اولیه، شانس درمان را افزایش می دهد. تصویربرداری تشدید مغناطیسی (mri) بر پایه ی پدیده ی تشدید مغناطیسی هسته، امکان شناسایی زود هنگام تومورهای سرطانی را به کمک عوامل کنتراست مناسب، میسر نموده است. از این جهت محققین، با چالش های گسترده ای برای دست یابی به مواد مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست کارآمد، جهت نیل به هدف فوق، مواجه هستند. در سال های اخیر نانوذرات ابر پارامغناطیس اکسید آهن، پتانسیل کاربردی بالقوه ای را در حوزه های گوناگون زیستی مانند رهایش کنترل شده ی دارو، جداسازی سلولی، ترمیم بافت، از بین بردن سلول های سرطانی از طریق فرایند هایپرترمیا و عوامل کنتراست در (mri) داشته اند. یکی از پارامترهای مهم در mri که مورد توجه محققین این حوزه است افزایش نرخ واهلش پذیری پروتون های بافت (1/t2)، توسط عوامل کنتراست است. از میان انواع گوناگون نانوذرات ابر پارامغناطیس اکسید آهن، مگنتیت (4o3fe) به علت دارا بودن ویژگی های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد، بویژه میزان مغناطش اشباع (ms) بالا، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با این وجود یون های 2+fe در ساختار 8 وجهی اسپینل معکوس تمایل زیادی به اکسید شدن در حضور اکسیژن هوا و تبدیل شدن به یون های 3+fe را دارند که این عامل می تواند در کاربرد این نانوذره ایجاد محدودیت نماید. برای حل این مشکل یکی از راهکارها پوشش سطحی نانوذرات مگنتیت با پوشش های محافظ مانند انواع پلیمرها است. در این کار پژوهشی شاره های مغناطیسی زیست سازگاری بر پایه ی نانوذرات مگنتیت پوشش داده شده با انواع گوناگون پوشش های پلیمری مانند دکستران، کیتوسان و پلی اتیلن گلیکول-پلی کاپرولاکتون با روش همرسوبی از نمک های فریک و فروس در محیط قلیایی تهیه شدند. طیف بینی تبدیل فوریه ی مادون قرمز (ft-ir) سنتز نانوذرات مگنتیت پوشش داده شده با پلیمر را اثبات نمود، قطر هیدرودینامیک متوسط نانوذرات با روش پراکندگی دینامیکی نور (dls)، بسته به نوع پوشش پلیمری بین nm 130 تا nm 189 و پتانسیل زتای سطح نانوذرات در محدوده ی 31mv+ تا 24mv - اندازه گیری گردید. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (fe-sem) ساختار شبه کروی نانوذرات با قطر میانگین کمتر از nm 50 را برای هر سه نمونه نشان داد، مغناطیس سنج نمونه ی مرتعش (vsm) رفتار ابر پارامغناطیس نانوذرات سنتز شده را تایید کرده میزان مغناطش اشباع آن ها را به ترتیب معادل emu/g 70/572، 29/085 و 11/690 برای نانوذرات مگنتیت با پوسته ی دکستران، نانوذرات مگنتیت با پوسته ی کیتوسان و نانوذرات میسل مگنتیت-(peg-pcl) تعیین نمود. آزمایش پراش پرتو x (xrd) ساختار کریستالی اسپینل معکوس نانوذرات مگنتیت را نشان داد. در پایان برای بررسی اثر نانوذرات سنتز شده در میزان شدت سیگنال mri ثبت شده، تصاویر وزن t1 و t2 به وسیله ی دستگاه mri بالینی t 1/5برای غلظت های گوناگونی از شاره ی مغناطیسی پایدار به دست آمد. تصاویر وزن t2، تغییر قابل توجه شدت سیگنال با افزایش غلظت آهن در نمونه ها را نشان داد. مقادیر r2، r1 و r2/r1 برای این نمونه ها محاسبه شدند. مقادیرحاصل برای r2 به ترتیب 220/20، 91/44 s-1-1mm و 86/46 و نسبت r2/r1 به ترتیب 17/21، 19/42 و 20/71 برای نانوذرات مگنتیت با پوسته ی دکستران، نانوذرات مگنتیت با پوسته ی کیتوسان و نانوذرات میسل مگنتیت-(peg-pcl) به دست آمد. نتایج نشان داد که نانوذرات مگنتیت با پوشش های پلیمری پتانسیل بالقوه ی بالایی به عنوان عامل کنتراست در mri دارند و با کاهش زمان واهلش t2 می توانند به عنوان عامل کنتراست منفی در تصویربرداری تشدید مغناطیسی عمل نمایند.

در این پایان نامه، پیکربندی اسپینی و ترابرد وابسته به اسپین در سیلیسین مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. سیلیسین یک ساختار لانه زنبوری تک لایه از اتم های سیلیکون می باشد که برهم کنش اسپین-مدار ذاتی در آن بر خلاف گرافین درخور توجه است. پیش تر با استفاده از روش تنگ-بست مدل هامیلتونی موثری برای الکترون ها و حفره های کم انرژی در اطراف نقاط kو kبه دست آمده است. با استفاده از این هامیلتونی و با در نظر گرفتن اثرات ناشی از اعمال پتانسیل الکترواستاتیک خارجی، تأثیر حضور برهم کنش اسپین-مدار بر طیف انرژی و پیکربندی اسپینی مورد بررسی قرار می گیرد.

بور،عنصر پنجم جدول تناوبی، بین عناصر فلز وغیر فلز قرار دارد. رفتارهای پیچیده بور و اینکه نمی تواند ساختارهای شش گوش مانند گرافین بسازد ناشی از کمبود الکترون در آن است. مطالعات نشان می دهد ورقه های مذکور با وجود حفره شش گوش، پایدارند. خوشه های بوری خالص، حداقل برای 24 اتم، دو وجهی یا شبه دو وجهی اند. این ساختارها، با استفاده از روش تابعی چگالی مطالعه می شوند. تحلیل پیوند شیمیایی نشان می دهد که آنها همانند ساختارهای فولورنی هستند. در این رساله تلاش خواهد شد با به کارگیری روش تنگ بست و تابع گرین، ویژگیهای الکتریکی بورفن برای اولین بار مورد بررسی قرار بگیرد.