Title (eng)
First principles simulation of ion implantation into graphene
Parallel title (deu)
Ab Initio Simulation von Ionenimplantation in Graphen
Author
Gudrun Pötzelberger
Advisor
Toma Susi
Co-Advisor
Alexander Markevich
Assessor
Toma Susi
Abstract (deu)
Heteroatome in Graphen einzubinden erlaubt es, seine elektronischen und magnetischen Eigenschaften zu modifizieren. Eine mögliche Vorgangsweise ist die Implantation von Dotanden durch Ionenbestrahlung. Für 2D Materialien wie Graphen muss dabei die Energie der Ionen innerhalb eines kleinen Energiefensters liegen, um es dem atomar dünnen Gitter zu erlauben, sie zu halten. In dieser Arbeit wird die Implantation verschiedener Atome in eine Graphenschicht mittels Dichtefunktionaltheorie-basierender Molekulardynamik modelliert. Das Ziel war es, herauszufinden für welche Energien B, C, N, Al, Si, P, Mn, Ni und Ge in vier verschiedenen Einschlagspunkten implantiert werden können. Es ist gelungen, die minimale und maximale Implantationsenergien für diese neun Elemente zu finden, und einige systematische Trends zu beobachten. Diese Ergebnisse werden die experimentelle Ionenimplantation in Graphen verbessern, indem sie eine erste Einschätzung über die benötigte Energie der Ionenbestrahlung für die jeweilige Ionenart geben.
Abstract (eng)
Incorporating heteroatoms into graphene allows the modification of its electronic and magnetic properties. One way to achieve this is by implanting dopants via ion irradiation. For 2D materials such as graphene, the energy of the ions has to be within a small energy window to allow them to be retained in the atomically thin lattice. In this thesis, the implantation of different atoms into a single layer of graphene is modelled with the use of density functional theory based molecular dynamics. The goal was to find out which initial energies allow B, C, N, Al, Si, P, Mn, Ni and Ge to be implanted at four different impact points in the lattice. The minimum and maximum implantation energies were successfully calculated for these nine elements and some systematic trends were observed. These results will help improve experimental ion implantation into graphene by giving a first estimate of how high an irradiation energy should be chosen for each ion species.
Keywords (eng)
2D materialsgraphenedopingion implantationab initio simulationsdensity functional theorymolecular dynamics
Keywords (deu)
2D MaterialienGraphendotierenDotierungIonenimplantationab initio SimulationenDichtefunktionaltheorieMoleküldynamikMolekulardynamik
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1395106
rdau:P60550 (deu)
57 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
61
Association (deu)
Title (eng)
First principles simulation of ion implantation into graphene
Parallel title (deu)
Ab Initio Simulation von Ionenimplantation in Graphen
Author
Gudrun Pötzelberger
Abstract (deu)
Heteroatome in Graphen einzubinden erlaubt es, seine elektronischen und magnetischen Eigenschaften zu modifizieren. Eine mögliche Vorgangsweise ist die Implantation von Dotanden durch Ionenbestrahlung. Für 2D Materialien wie Graphen muss dabei die Energie der Ionen innerhalb eines kleinen Energiefensters liegen, um es dem atomar dünnen Gitter zu erlauben, sie zu halten. In dieser Arbeit wird die Implantation verschiedener Atome in eine Graphenschicht mittels Dichtefunktionaltheorie-basierender Molekulardynamik modelliert. Das Ziel war es, herauszufinden für welche Energien B, C, N, Al, Si, P, Mn, Ni und Ge in vier verschiedenen Einschlagspunkten implantiert werden können. Es ist gelungen, die minimale und maximale Implantationsenergien für diese neun Elemente zu finden, und einige systematische Trends zu beobachten. Diese Ergebnisse werden die experimentelle Ionenimplantation in Graphen verbessern, indem sie eine erste Einschätzung über die benötigte Energie der Ionenbestrahlung für die jeweilige Ionenart geben.
Abstract (eng)
Incorporating heteroatoms into graphene allows the modification of its electronic and magnetic properties. One way to achieve this is by implanting dopants via ion irradiation. For 2D materials such as graphene, the energy of the ions has to be within a small energy window to allow them to be retained in the atomically thin lattice. In this thesis, the implantation of different atoms into a single layer of graphene is modelled with the use of density functional theory based molecular dynamics. The goal was to find out which initial energies allow B, C, N, Al, Si, P, Mn, Ni and Ge to be implanted at four different impact points in the lattice. The minimum and maximum implantation energies were successfully calculated for these nine elements and some systematic trends were observed. These results will help improve experimental ion implantation into graphene by giving a first estimate of how high an irradiation energy should be chosen for each ion species.
Keywords (eng)
2D materialsgraphenedopingion implantationab initio simulationsdensity functional theorymolecular dynamics
Keywords (deu)
2D MaterialienGraphendotierenDotierungIonenimplantationab initio SimulationenDichtefunktionaltheorieMoleküldynamikMolekulardynamik
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1395107
Number of pages
61
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