coupling theory and experiments
Blaž Winkler (Avtor), Layla Martin-Samos (Mentor), S. Girard (Mentor)

Povzetek

This work is primarily focused on application of standard first-principle computational approaches to model oxygen excess related point defects in amorphous silica. Atomic models with their respective electronic and optical properties are explored together with some conversion mechanisms between defect models. The first chapter overviews extensive literature about the already known properties of oxygen related defects. Second chapter briefly introduces main methods that have been used in this research, in particular Density Functional Theory (DFT) as energy and force engine with short description of minimal energy path (MEP) algorithm used for modeling chemical/migration reactions, GW approximation for charged electronic excitations (band structure) and Bethe-Salpeter Equation (BSE) for neutral excitations (optical absorption and excitonic structure including electron hole interaction). The third chapter is devoted to the presentation of results. Thanks to the calculation of optical properties of peroxy bridge (POL), a correlation has been found between structural disorder, specifically dihedral angle dispersion, and low coupling with light, which has been identified as main reason why no clear absorption bands have been assigned to the POL. Structure and stability of some other defects, like interstitial ozone molecule (ozonyl) and dioxasilirane (silicon analogy of dioxirane), have been studied. These defects are usually not considered as most important species, however their calculated formation energies are lower compared to some known defects, which indicates they might be present in silica. From a detailed study on possible reaction mechanisms, it has been found that ozonyl might be one of the most important intermediate steps for oxygen exchange reactions. Results also show that dioxasilirane can be spontaneously created during the interaction of oxygen with lone pair defects. By exploring different reactions between oxygen and pre-existing oxygen deficiency centers (ODCs), calculations predict two kinds of passivation behaviors: single-barrier reversible mechanisms with the formation of dioxasilirane-like groups, for which the network keeps the memory of the precursory lone pair defects, and single or multiple-barrier mechanisms, for which the network loses its memory, either because of the high reverse barrier or because of a reconstruction. Final part of this research has been devoted to experimental characterization of the response and tolerance of optical fibers loaded with oxygen under irradiation. These include experiments on commercial fiber along with canonical samples (Optical fibers developed with the intention of studying correlations between different fabrication parameters, dopant/impurity concentration and doping concentrations). Studied fibers also include rare-earth doped fibers.

Ključne besede

Silica;DFT;GW-approximation;Bethe-Salpeter equation;NEB;defect;oxygen;oxygen excess centers;oxygen deficiency centers;optical absorption;optical fibers;radiation induced attenuation.;

Podatki

Jezik: Angleški jezik
Leto izida:
Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija: UNG FPŠ - Fakulteta za podiplomski študij
Založnik: [B. Winkler]
UDK: 620.1/.2:546.284-31(043.3)
COBISS: 5381115 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 3276
Št. prenosov: 184
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Slovenski jezik
Sekundarni naslov: DEFEKTI POVEZANI S PRESEŽKOM KISIKA V MATERIALIH OSNOVANIH NA SiO2: POVEZOVANJE TEORIJE IN EKSPERIMENTOV
Sekundarni povzetek: Večji del raziskav predstavjenih v disertacji opisuje uporabo standardnih teoretičnih pristopov z namenom modeliranja vplivov presežnega kisika na točkaste defekte v amorfnem silicijevem dioksidu (silika). Ti pristopi omogočajo modeliranje strukture na atomski ravni, elektronske in optične lastnosti ter dinamične pretvorne mehanizme med različnimi defekti. Prvo poglavje je namenjeno pregledu obsežne literature na temo defektov povezanih s presežnim kisikom. V drugem poglavju sledi kratek opis najpomembnejših lastnosti metod uporabljenih v raziskavah: Teorija gostotnega funkcionala kot osnova za izračun energij in strukture sistemov in predstavitev algoritma za simulacijo najnižje energijske poti, katera omogoča opis kemičnih/migracijskih reakcij, GW približek za nabite elektronske vzbuditve (struktura elektronskih pasov in nezasedenih stanj) in Bethe-Sapleterjeva enačba za nevtralne vzbuditve (optična absorpcija in ekscitonska struktura, katera vključuje sklopitev med elektroni in elektronskimi vrzelmi) Rezultati so predstavljeni v tretjem poglavju. Optična struktura peroksidnega defekta, izračunana z metodo GW približka, je pokazala na povezavo med strukturnim neredom (kateri vpliva na disperzijo dihdralnega kota) in majhno verjetnostjo optične sklopitve, kar je najverjetneje glavni razlog zakaj ta defekt ni bil nikoli neizpodbitno zaznan z eksperimenti. V nadaljevanju so predstavljene strukture nekaterih manj očitnih defektov kot so ozonil (molekula ozona ujeta v kristalno mrežo) in dioksasiliran (silicijeva analogija dioksirana). Izračunane energije potrebne za njihov nastanek so primerljive z energijami drugih že poznanih efektov, zaradi česar lahko predvidevamo, da so lahko tudi ti defekti prisotni v silicijevem dioksidu. Ozonil je še posebej zanimiv defekt, saj rezultati simulacij kemičnih reakcij kažejo njegovo ključno vlogo v procesih izmenjave kisika. V reakciji kisika z obstoječimi defekti, kateri vključujejo proste elektronske pare, se lahko spontano tvori dioksasiliran. Dva glavna načina nasičenja sta bila odkrita za reakcije kisika z obstoječimi vrzelmi: Povratni mehanizem s katerim se tvori dioksasiliran in v katerem kristalna struktura ohrani sledi predhodnega defekta ter drugi, kompleksnejši, večfazni način v katerem se lokalna struktura okrog defekta rekombinira in posledično zabriše sled izvirnega defekta (zaradi rekombinacije ali visoke energije potrebne za povratno reakcijo). Zadnji del opisuje eksperimentalne raziskave vpliva presežnega kisika na optčna vlakna ter odziv tovrstnih vlaken na sevanje. Raziskave so bile opravljene tako na komercialnih vlaknih kot tudi na posebnih prototipnih vlaknih izdelanih z namenom preučevanja vplivov različnih koncentracij dopantov/nečistoč in proizvodnih parametrov. Nekatera preučevana vlakna so dopirana tudi z redkimi zemljami.
Sekundarne ključne besede: amorfni silicijev dioksid;DFT;GW-približek;Bethe-Salpeterjeva enačba;NEB;defekti;kisik;defekti presežnega kisika;defekti pomanjkanja kisika;optična absorpcija;optična vlakna;disertacije;Silicijev dioksid;Disertacije;Napake;Kisik;
URN: URN:SI:UNG
Vrsta dela (COBISS): Doktorsko delo/naloga
Komentar na gradivo: Univ. v Novi Gorici, Fak. za podiplomski študij in Univ. Jean Monnet, Saint-Étienne
Strani: XI, 140 str.
ID: 11114977