Interakce organických molekul s topologickým izolantem Bi2Se3

Abstract

Tato práce se zabývá teoretickým studiem interakce organické molekuly BDA (bifenyl-4,4'-dikarboxylové kyseliny) s povrchem topologického izolantu Bi2Se3. Pomocí výpočtů v rámci teorie funkcionálu hustoty (DFT) provedených v programu VASP byly zkoumány jak jednotlivé složky systému, tak jejich vzájemné působení. Kvantovými výpočty byla provedena optimalizace atomových pozic, tvaru a objemu krystalických buněk a analyzována stabilita a struktura výsledných uspořádání. Dále byly navrženy a simulovány možné geometrie adsorpce monovrstvy BDA na povrch Bi2Se3, přičemž byly spočteny odpovídající formační energie. Využitím nástrojů VASPKIT a vlastních skriptů v Pythonu byly zpracovány elektronické vlastnosti (včetně pásové struktury a hustoty stavů) jak izolovaných, tak interagujících systémů. Také byl uvážen vliv spin-orbitální interakce na strukturní vlastnosti povrchu. Získané výsledky odhalují preferované uspořádání molekul na povrchu a poukazují na význam geometrie pro stabilitu rozhraní.This thesis focuses on a theoretical study of the interaction between the organic molecule BDA (biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid) and the surface of the topological insulator Bi2Se3. Using density functional theory (DFT) calculations performed with the VASP program, both the individual components of the system and their mutual interaction were investigated. Quantum calculations were used to optimize atomic positions, cell shape, and volume, and to analyze the stability and structure of the resulting configurations. Furthermore, possible geometries of BDA monolayer adsorption on the Bi2Se3 surface were proposed and simulated, with corresponding formation energies calculated. Using tools such as VASPKIT and custom Python scripts, the electronic properties (including band structure and density of states) of both isolated and interacting systems were analyzed. The influence of spin-orbit coupling on the structural properties of the surface was also considered. The obtained results reveal the preferred molecular arrangement on the surface and highlight the importance of geometry for interface stability.