Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

"ABSTRAKSkripsi ini didasari oleh tujuan kami untuk memahami terlahirnya eksiton didalam graphene. Eksiton adalah quasipartikel yang mendeskripsikan keadaanterikat antara sebuah elektron dan sebuah hole. Eksiton memiliki peranan yangpenting dalam teknologi berbasis semikonduktor, seperti photovoltaics, laser,dan sebagainya. Skripsi ini tidak semata-mata bertujuan untuk mendiskusikantentang kemunculan eksiton, namun mengeksplorasi efek dari interaksi tolakmenolakCoulomb di antara elektron-elektron yang menghasilkan efek korelasi;Interaksi-interaksi ini memodikasi spektrum satu partikel (kerapatan keadaanatau Density of States) dan spektrum dua partikel (konduktivitas optis) darigraphene. Kami melakukan penelitian ini secara teoritik dengan cara menggunakanmetode GW yang diimplementasikan dengan basis model HamiltonianTight-Binding. Pemahaman dari efek-efek korelasi ini sangat penting karenahal ini akan berperan dalam membuat interaksi tarik-menarik efektif di antaraelektron dan hole yang akan mengikat mereka dan mengubah mereka menjadieksiton. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan perhitungan numerikdari konduktivitas optis dari graphene menggunakan menggunakan algoritmaGW berbasis Tight-binding. Skripsi ini meliputi perhitungan self-energy menggunakanFungsi Green (G) dan Fungsi Interaksi Ternormalisasi (W) yang didapatdari proses Random Phase Approximation. Metode ini didasari olehpendekatan Tight-Binding yang digunakan untuk membuat struktur pita energibare dari graphene. Selain itu, kami memformulasikan perlakuan interaksiCoulomb dengan menggunakan diagram Feynman dalam pendekatan GW.Hasil utama dari perhitungan ini adalah grak dari kerapatan keadaan (Den-sity of States) dan konduktivitas optis dari graphene dengan koreksi self-energydalam pendekatan GW.

---

ABSTRACTThis study is very much motivated by our aim to understand the formationof excitons in graphene. Excitons are quasi-particles that describe the boundstate between an electron and a hole. The role of excitons are very importantin semiconductor-based technologies, such as photovoltaics, lasers, and soon. This thesis is not aimed to discuss the formation of excitons itself, ratherit explores the eects of Coulomb repulsive interactions among electrons thatgenerate the correlations eects that modify the single-particle spectra (densityof states) and the two-particle spectra (optical conductivity) of graphene. Wedo this study theoretically by employing the GW method implemented on thebasis of the tight-binding model Hamiltonian. The understanding of such correlationeects is important because eventually they play an important role ininducing the eective attractive interactions between electrons and holes thatbind them into excitons. The aim of this research is to do a numerical calculationof the optical conductivity of graphene using a tight-binding based GWalgorithm. This study includes the calculation of self-energy by using Green'sFunction (G) and Normalized Interaction Function (W) acquired from RandomPhase Approximation. This method is derived from the Tight-BindingApproximation used to construct the bare band structure of graphene. In additionto this, we formulate with the treatment of the Coulomb interactionusing Feynman diagrams within the GW approximation. The main results ofthese calculations are the plots of density of states and optical conductivity ofgraphene upon the self energy corrections within the GW approximation."

"ABSTRAKFe3O4 merupakan material ferrimagnetik paruh logam dengan TC 860 K yang menunjukkan transisi logam-isolator MIT pada 120 K. Dalam bentuk bulk, magnetisasi saturasi material tersebut adalah 0.6 Tesla 471 emu/cm3 . Penelitian eksperimental terbaru telah menunjukkan bahwa magnetisasi saturasi dari lapisan tipis nano-Fe3O4 dapat mencapai 760 emu/cm3 yang diakibatkan oleh pembalikan spin ion Fe pada situs tetrahedral yang dibantu oleh vakansi oksigen VO . Sistem tersebut telah menunjukkan suhu MIT yang lebih tinggi 150 K . Pembalikan spin merupakan fenomena baru pada Fe3O4, sedangkan MIT merupakan fenomena yang sudah ada sejak lama. Kami menggagas sebuah model dan perhitungan untuk menginvestigasi mekanisme dari kedua fenomena tersebut. Hasil perhitungan kami menunjukkan bahwa konfigurasi ferrimagnetik untuk sistem tanpa VO secara energetik lebih disukai. Namun, dengan keberadaan VO, konfigurasi keadaan dasar dari sistem berubah menjadi ferromagnetik. Terkait MIT, dengan menggagas ketergantungan beberapa hopping integral terhadap suhu dalam model, kami mendemonstrasikan bahwa sistem tanpa dan dengan VO mengalami MIT dengan cara yang berbeda, menyebabkan sistem dengan VO memiliki suhu MIT yang lebih tinggi sesuai dengan data eksperimen. Hasil perhitungan kami juga menunjukkan bahwa MIT pada kedua sistem terjadi bersamaan dengan redistribusi elektron pada tiga ion Fe di setiap satuan formula Fe3O4. Dengan menganggap bahwa ketergantungan hopping integral terhadap suhu diduga timbul akibat efek Jahn-Teller dinamis, teori fenomenologis kami mampu menjembatani teori yang telah ada terkait MIT akibat transisi struktur dan keteraturan muatan.

---

ABSTRACTFe3O4 is a half metallic ferrimagnet with TC 860 K exhibiting metal insulator transition MIT at 120 K. In bulk form, the saturation magnetization is 0.6 Tesla 471 emu cm3 . A recent experimental study has shown that the saturation magnetization of nano Fe3O4 thin films can achieve up to 760 emu cm3, attributed to spin flipping of Fe ions at tetrahedral sites assisted by oxygen vacancies VO . Such a system has shown to have higher MIT temperature 150 K . The spin flipping is a new phenomenon in Fe3O4, while the MIT is a long standing one. Here, we propose a model and calculations to investigate the mechanisms of both phenomena. Our results show that, for the system without VO, the ferrimagnetic configuration is energetically favorable. Remarkably, upon inclusion of VO, the ground state configuration switches into ferromagnetic. As for the MIT, by proposing temperature dependences of some hopping integrals in the model, we demonstrate that the system without and with VO undergo the MIT in slightly different ways, leading to higher MIT temperature for system withVO, in agreement with the experimental data. Our results also show that the MIT in both systems occur concomitantly with the redistribution of electrons among the three Fe ions in each Fe3O4 formula unit. As such temperature dependences of hopping integrals may arise due to dynamic Jahn Teller effects, our phenomenological theory may provide a way to reconcile existing theories relating the MIT to the structural transition and the charge ordering."

"ABSTRAK

Mekanisme terjadinya transisi metal-isolator (TMI) pada vanadium dioksida (VO2) hingga saat ini masih diperdebatkan apakah disebabkan karena perubahan struktur atau korelasi elektron. Hasil studi sebelumnya yang menunjukkan bahwa fenomena tersebut muncul jauh di bawah suhu kritis ketika sedikit oksigen diambil dari VO2 menjadi VO2−δ memberikan dugaan bahwa efek screening dan korelasi elektron berperan dalam mekanisme TMI pada VO2. Untuk mendemonstrasikan hal tersebut, kami mengkonstruksi Hamiltonian suku kinetik dengan skema tight binding dan suku interaksi antar elektron dengan pendekatan medan rata-rata untuk sistem tanpa dan dengan vakansi oksigen. Kemudian, menghitung rapat keadaan pada ke-dua sistem tersebut dengan menggunakan teknik fungsi Green. Hasil studi kami berhasil mendemonstrasikan peran oksigen terhadap kemunculan TMI pada VO2 dalam gambaran Mott-Hubbard, di mana keadaan dasar ferromagnetik diperlukan untuk dapat bekerjanya skenario ini.

---

ABSTRACT

The mechanism of metal-insulator transition (MIT) in vanadium dioksida (VO2) is still under debate whether it is due to the structural phase transition (Peierls dis-tortion) or electron correlation. A previous study indicating that MIT appears far below the critical temperature of TC ≈ 340 K when a small amount of oxygen is taken out the system suggested that oxygen screening and electronic correlations play a dominant role in MIT of VO2. To demonstrate this mechanism, we con-struct a Hamiltonian with a kinetic part constructed within the tight-binding scheme and an interaction part treated within the mean-field a p proximation for the system without and with oxygen vacancies, and then calculate the density of states for both systems using green function technique. Our results successfully demonstrate the role of oxygens in MIT of VO2 within Mott-Hubbard picture where ferromagnetic ground states are necessary for the scenario to work.

"

"ABSTRAKGraphene adalah suatu material ajaib dengan banyak aplikasi yang menjanjikan sebagai devais, di mana graphene harus digabungkan dengan bahanbahan lain, terkhusus dengan cara ditaruh di atas substrat. Riset baru-baru ini menunjukkan bahwa sifat-sifat sis graphene dapat mengalami perubahan, tergantung dari jenis substrat yang digunakan. Dalam skripsi ini, kami mengusulkan suatu model sederhana untuk sistem graphene di atas substrat berdasarkan metode tight-binding, di mana kami memasukkan suku hibridisasi pada orbital 2pz graphene dengan orbital-orbital pada substrat. Hamiltonian
yang terbentuk kemudian diubah ke dalam bentuk matriks dan dihitung dengan rumus-rumus yang dikembangkan dari formalisme fungsi Green dan teori respon linier Kubo untuk menghasilkan rapat keadaan DOS(w) dan bagian riil dari tensor konduktivitas optik sigma_1^ab(w). Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa hibridisasi dengan substrat cenderung menghasilkan keadaan di sekitar energi Fermi, sehingga meningkatkan konduktivitas DC, terutama ketika substratnya bersifat metalik atau insulator dengan celah energi sempit. Lebih lanjut, puncak pada sigma_1^ab(w) cenderung mengalami renormalisasi dan redshift ketika substratnya adalah insulator dengan nilai celah energi sekitar dua kali lipat dari hopping parameter tetangga terdekat pada graphene. Sementara itu, substrat dengan nilai celah energi yang sangat lebar cenderung tidak mempengaruhi baik DOS(w) maupun sigma_1^ab(w) dari graphene. Peningkatan jumlah lapisan substrat cenderung memperhalus struktur yang terjadi pada DOS(w)
dan sigma_1^ab(w) dari graphene.

---

ABSTRACTGraphene is a wonder material with a lot of promising applications as devices, in which it must be combined with other materials, most notably put on top of a substrate. Recent research has shown that the physical properties of graphene can change depending on the type of the substrate employed. In this thesis, we propose a simple model describing the graphene-on-substrate system based on the tight binding approximation, where we introduce a hybridization term of the graphene 2pz orbital and topmost substrate layer orbitals. The resulting Hamiltonian is then converted into matrix form and calculated using formulae based on Green function's formalism and Kubo linear response theory to yield the density of states DOS(w) and real part of the optical conductivity tensor sigma_1^ab(w) of the graphene layer. The results show that hybridization with the substrate tends to create states around the Fermi energy, thus enhancing the DC conductivity, especially when the substrate is metallic or insulating
with low energy gap. Furthermore, the peak in sigma_1^ab(w) tends to get renormalized and experience a redshift when the substrate is an insulator with a energy gap value around twice the graphene nearest-neighbor hopping parameter. Meanwhile, an insulating substrate with a very high band gap tends not to affect both DOS(w) and sigma_1^ab(w) of graphene. Increasing the number of substrate layers tends to smoothen the structure present in the DOS(w) and sigma_1^ab(w) of graphene."

"Studi ini mempelajari pembentukan momen magnet dan keteraturan ferromagnetik pada sistem Ta:TiO2. Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan oleh Rusydi et al., kami membuat hipotesis bahwa adanya vakansi Ti pada satu unit sel sistem akan menyebabkan empat elektron dari atom oksigen yang berada di sekitarnya menjadi tidak berpasangan. Elektron yang tidak berpasangan tersebut akan membentuk momen magnet yang tidak bernilai nol. Selanjunya, momen magnet yang telah terbentuk akan beriteraksi dengan momen magnet lain dengan dimediasikan oleh elektron. Untuk membuktikan hipotesis tersebut, kami melakukan perhitungan dari elektron-elektron yang tidak berpasangan dengan terlebih dahulu mengkonstruksi Hamiltonian yang menjelaskan keempat elektron tersebut dan melakukan perhitungan konstanta kopling RKKY sebagai fungsi jarak dua momen magnet pada berbagai temperatur untuk mempelajari interaksi magnetik yang terjadi.

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa pada keadaan dasar, keempat elektron cenderung memiliki spin yang searah dan kesearahan dari spin elektron-elektron tersebut tidak dipengaruhi oleh temperatur. Selain itu, perhitungan konstanta kopling RKKY menunjukkan bahwa kopling ferromagnetik terjadi hingga jarak 5 unit sel dan sedikit bertambah seiring dengan pertambahan temperatur. Hasil ini menunjukkan bahwa vakansi Ti pada Ta:TiO2 akan membentuk momen magnet dan ferromagnetik yang terjadi disebabkan oleh mekanisme RKKY.

---

Based on a previous experimental study that reported a RTFM induced by Ti vacancies in Ta-doped TiO2, here we present a theoretical study on the formation of magnetic moments and the ferromagnetic ordering in that system. We hypothesize that Ti-vacancy in one unit cell of the system has caused four electrons from the surrounding oxygen atoms to become unpaired with a non-zero net magnetic moment. Further, the magnetic moments interact with one another mediated by conduction electrons leading to a ferromagnetic order. To examine our hypothesis, first we calculate the by constructing a Hamiltonian for the four interacting electrons. We restrict our Hilbert space by expanding the eigenstates (all possible configurations of the four electrons among the four p orbitals of the oxygen atoms surrounding the Ti vacancy).

Our results confirm that the ground state of the system prefers to be in almost perfect alignment, and this alignment is robust upto far above room temperature. Next, we calculate the RKKY coupling constant as a function of distance between two local magnetic moments at various temperatures. Our calculations show that the ferromagnetic coupling extends up to 5 unit cells and enhances slightly as temperature is increased. These results support our hypothesis that the Ti vacancies in anatase TiO2 form magnetic moments and the ferromagnetism of this system is driven by RKKY mechanism."

"Kami menunjukkan penelitian secara teoretik pada kenaikan nilai magnetisasi dari sistem nanopartikel Fe3O4 dengan adanya penambahan reduced Graphene Oxide (rGO). Data eksperimen telah menunjukkan bahwa magnetisasi sistem nanopartikel Fe3O4 -rGO meningkat dengan peningkatan jumlah rGO sampai sekitar 5 wt%, tetapi menurun kembali dengan bertambah lebih banyaknya jumlah rGO. Kami mengajukkan bahwa kenaikan terjadi dipengaruhi oleh adanya pembalikan spin pada Fe3+ dalam bagian tertrahedral dibantu oleh kekosongan oksigen di perbatasan partikel Fe3O4 . Kekosongan oksigen diinduksi oleh adanya lapisan rGO yang menarik atom oksigen dari permukaan partikel Fe3O4 disekitarnya. Untuk memahami peningkatan mag- netisasi, kami mengkontruksi model Hamiltonian berdasarkan tight-binding untuk sistem nanopartikel Fe3O4 dengan konsentrasi kekosongan oksigen dikontrol melalui konten rGO. Kami menghitung magnetisasi sebagai fungsi dari medan magnet eksternal untuk berbagai variasi wt% rGo. Kami menggunakan metode dynamical mean-field theory dan melakukan perhitungan pada temperatur ruangan. Hasil kami untuk ketergantungan rGO wt% dari magnetisasi saturasi menunjukkan hasil yang sangat sesuai dengan data eksperimen dari sistem nanopartikel Fe3O4 -rGO yang ada. Hasil ini mungkin dapat menkonfirmasi bahwa model kami telah membawa ide paling penting yang dibutuhkan untuk menjelaskan fenomena kenaikan magnetisasi diatas.

---

We present a theoretical study on the enhancement of magnetization of Fe3O4 nanoparticle system upon addition of reduced Graphene Oxide (rGO). Experimental data have shown that the magnetization of Fe3O4 -rGO nanoparticle system increases with increasing rGO content up to about 5 wt%, but decreases back as the rGO content increases further. We propose that the enhancement is due to spin-flipping of Fe3+ in the tetrahedral sites assisted by oxygen vacancies at the Fe3O4 particle boundaries. These oxygen vacancies are induced by the presence of rGO flakes that adsorb oxygen atoms from Fe3O4 particles around them. To understand the enhancement of the magnetization we construct a tight-binding based model Hamiltonian for the Fe3O4 nanoparticle system with the concentration of oxygen vacancies being controlled by the rGO content. We calculate the magnetization as a function of the applied magnetic field for various values of rGO wt%. We use the method of dynamical mean-field theory and perform the calculations for a room temperature. Our result for rGO wt% dependence of the saturated magnetization shows a very good agreement with the existing experimental data of the Fe3O4 -rGO nanoparticle system. This result may confirm that our model already carries the most essential idea needed to explain the above phenomenon of magnetization enhancement."

"ABSTRACTDalam beberapa tahun terakhir ini, TiO2 telah menjadi subjek penelitian yangpanas dibicarakan karena ia membuka peluang dalam pengembangan spintronika.Penelitian terbaru mengenai lapisan tipis Ti1−xTaxO2 (x  0.05)berstruktur anatase menunjukkan perubahan sifat dari nonmagnetik menjadiferomagnetik yang disebabkan adanya vakansi Ti yang tersubstitusi oleh Ta.Berlandaskan eksperimen tersebut, yang mengungkap sifat feromagnetik padasuhu ruang, kami melakukan studi teoretis mengenai kebergantungan magnetisasipada suhu dan perhitungan temperatur Curie. Kami berhipotesisbahwa ketika beberapa vakansi Ti muncul dalam sistem, tebentuklah momenmagnet lokal, yang saling berinteraksi melalui interaksi RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida), sehingga membentuk susunan feromagnetik. Untukmempelajari pengaruh temperatur terhadap magnetisasi dan memprediksikantemperatur Curie sistem, kami mengkonstruksi Hamiltonian berbasis tightbindinguntuk sistem ini, kemudian menggunakan metode dynamical meanfieldtheory untuk menghitung pada beberapa variasi temperatur. Hasil yangkami dapatkan akan untuk dikomparasikan dengan data eksperimen yang sudahada mengenai Ti1−xTaxO2 (x  0.05).

---

ABSTRACTTiO2 has, in recent years, become a hot subject as it holds a promise forspintronics application. Recent experimental research on anatase Ti1−xTaxO2(x  0.05) thin films shows that the system changes from non-magnetic toferromagnetic due to Ti vacancies (VTi) that formed when a small percentageof Ti atoms are substituted by Ta. Motivated by those results that reveal theferromagnetic phase at room temperature, we hereby present a theoreticalstudy on the temperature-dependent magnetization and the Currie temperatureof that system. We hypothesize that when several VTi form in the system,each of them induces a local spin moment, then such moments couple eachother through Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) interaction, forminga ferromagnetic order. To study the temperature dependence of the magnetizationand predict the Curie temperature, we construct a tight-binding basedHamiltonian for this system and use the method of dynamical mean-fieldtheory to perform calculations at various temperature. Our results are to becompared with the existing experimental magnetic data of the Ta doped TiO2."

"Permasalahan banyak benda (many-body) secara lengkap, dimana melibatkan interaksi elektron-ion dan interaksi elektron-elektron, merupakan permasalahan yang sulit untuk dipecahkan secara eksak. Pendekatan first-principles seperti Density Functional Theory (DFT) telah menjadi pilihan yang populer untuk mengamati band structure secara lengkap pada suatu material. Bagaimanapun juga, terlepas dari perumusannya yang telah mapan, hal itu tetap menjadi tantangan besar untuk menggunakan pendekatan DFT untuk mengamati efek yang yang disebabkan oleh korelasi yang kuat antara elektron secara benar. Saat ini telah diperkenalkan pendekatan yang menggabungkan DFT dengan pendekatan diagram Feynman, yang disebut metode GW, untuk mengoreksi efek dari interaksi antara elektron. Terlepas dari beberapa keberhasilan dari pendekatan GW berbasis DFT ini, pendekatan ini memiliki kekurangan yaitu tidak cukup eksibel untuk digunakan untuk memecahkan masalah dengan interaksi yang lain, seperti interaksi magnetik. Pada skripsi ini, kami memperkenalkan algoritma metode GW dalam kerangka tight- binding. Kami turunkan setiap langkah pada algoritma secara lengkap dengan menggunakan diagram Feynman dan konsep analytic continuation untuk mengekspresikan besaran-besaran fisika pada real frequency. Untuk tujuan tertentu, kami tertarik untuk menerapkan algoritma ini pada sistem graphene dengan harapan menggunakan metode ini untuk sifat optik sistem graphene dengan berbagai jenis interaksi tambahan dalam waktu mendatang.

---

The full many-body problem in condensed-matter physics, in which electronion as well as electron-electron (e-e) interactions play crucial roles, is very tough to solve exactly. To explore the details of the band structure of the material, a first-principles approach such as Density Functional Theory (DFT) has become a popular choice. However, a part from its well-established formulation, it remains a big challenge to use such an approach to capture effects arising from strong correlations among the electrons correctly. Nowadays, an approach to combine DFT with a Feynman diagrammatic approach, so called the GW method, to address the effects of e-e interactions, has been introduced. Despite some successes of the DFT-based GW approach, there is an issue that this approach does not seem exible enough to use for solving problems with other types of interactions, such as magnetic interactions. In this skripsi, we aim to introduce an algorithm of the implementation of GW method in the frame of tight-binding approximation. We rigorously derive each step in the algorithm with the aid of Feynman diagrams, and the concept of analytic continuation to express the physical quantities of interest in real frequency. For a particular purpose, we are interested to apply this algorithm to graphene in hope of using this method address optical properties of graphene systems with various kinds of additional interactions in the near future."