ЕЛЕКТРОННА БУДОВА І ОПТИЧНІ СПЕКТРИ КРИСТАЛА AG3SBS3 У МОНОКЛІННІЙ ФАЗІ
Ключові слова:
напівпровідник, піраргірит, теорія функціоналу густини; зонна структура; діелектрична функціяАнотація
Робота присвячена теоретичному дослідженню особливостей структури, електронних станів та оптичних властивостей потрійного халькогенідного напівпровідника Ag3SbS3, що має кристалічну структуру з просторовою групою симетрії P21/с. Дослідження проводились з використанням методики з перших принципів. Розрахунки здійснювались у рамках теорії функціоналу густини (DFT) та формалізму Кона-Шема з використанням наближення локальної густини та узагальненого градієнтного наближення для опису обмінно-кореляційної взаємодії між електронами. З метою знаходження рівноважних параметрів ґратки та координат атомів, перед розрахунками властивостей кристала проведено геометричну оптимізацію кристалічної структури з використанням алгоритму Бройдена-Флетчера-Голдфарба-Шенно. Показано добре узгодження теоретично отриманих структурних параметрів кристала з експериментальними даними. Вперше проведено досліджено зонно-енергетичної структуру кристала Ag3SbS3 у моноклінній фазі. З’ясовано, що зонна структура E(k) характеризується відносно слабкою дисперсією рівнів зони провідності та валентної зони. Вершина валентної зони сформована широкою смугою від 0 до –5 еВ. Заборонена зона є непрямого типу. Розрахункові значення ширини забороненої зони Eg становлять 1,1 еВ для LDA та 1,4 еВ для GGA функціоналів. З розрахунків повної та парціальної густини станів кристала проаналізовано структуру електронних рівнів досліджуваної сполуки. З’ясовано, що вершина валентної зони утворена p-станами атомів сірки та сурми. Дно зони провідності формують рівні s-стани срібла та p-стани Sb. Показано значну подібність електронної структури кристала в моноклінній фазі з тетрагональною фазою. Проведено розрахунок зарядів Міллікена та заселеності зв’язків, що підтвердило їхній іонно-ковалентний характер. Розраховано та проаналізовано оптичні спектри кристала Ag3SbS3 у моноклінній фазі.
Посилання
Schönau K. A., Redfern S. A. T. High-temperature phase transitions, dielectric relaxation, and ionic mobility of proustite, Ag3AsS3, and pyrargyrite, Ag3SbS3, Journal of Applied Physics. 2002. 92 P. 7415–7424.
Gandrud W. B., Boyd G. D., McFee J. H., Wehmeier F. H. Nonlinear optical properties of Ag3SbS3, Appl. Phys. Lett. 1970. 16. P. 59–61.
Petrov V., Noack F., Tunchev I., Schunemann P., Zawilski K. The nonlinear coefficient d36 of CdSiP2, in: Nonlinear Frequency Generation and Conversion: Materials, Devices, and Applications VIII, SPIE, 2009. P. 157–164.
Dmitriev V. G., Gurzadyan G. G., Nikogosyan D. N., Handbook of Nonlinear Optical Crystals, Springer, Berlin, Heidelberg, 1999. P. 1–2.
Rudysh M. Ya., Myronchuk G. L., Fedorchuk A. O., Marchuk O. V., Kordan V. M., Kohan O. P., Myronchuk D. B., Smitiukh O. V. Electronic structure and optical properties of the Ag3SbS3 crystal: experimental and DFT studies, Phys. Chem. Chem. Phys. 2023. 25. P. 22900–22912.
Kutoglu A. Die Struktur des Pyrostilpnits (Feuerblende) Ag3SbS3., Phase Transition. 1992. 38. P. 127–120.
Segall M. D., Lindan P. J. D., Probert M. J., Pickard C. J., Hasnip P. J., Clark S. J., Payne M. C. First-principles simulation: ideas, illustrations and the CASTEP code, J. Phys.: Condens. Matter. 2002. 14. P. 2717–2744.
Lee J. G. Computational Materials Science: An Introduction, accessed October 1, 2020).
Ceperley D. M., Alder B. J. Ground State of the Electron Gas by a Stochastic Method, Phys. Rev. Lett. 1980. 45. P. 566–569.
Perdew J. P., Zunger A. Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems, Phys. Rev. B. 1981. 23. P. 5048–5079.
Perdew J. P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple, Phys. Rev. Lett. 1996. 77. P. 3865–3868.
Perdew J. P., Ruzsinszky A., Csonka G. I., Vydrov O. A., Scuseria G. E., Constantin L. A., Zhou X., Burke K. Restoring the Density-Gradient Expansion for Exchange in Solids and Surfaces, Phys. Rev. Lett. 2008. 100. P. 136406.
Vanderbilt D. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism, Phys. Rev. B. 1990. 41. P. 7892–7895.
Pfrommer B. G., Côté M., Louie S. G., Cohen M. L. Relaxation of Crystals with the Quasi-Newton Method, Journal of Computational Physics. 1997. 131. P. 233–240.
Rudysh M. Ya., Shchepanskyi P. A., Fedorchuk A. O., Brik M. G., Stadnyk V. Yo., Myronchuk G. L., Kotomin E. A., Piasecki M. Impact of anionic system modification on the desired properties for CuGa(S1−xSex)2 solid solutions, Computational Materials Science. 2021. 196. P. 110553.
Kashuba A. I., Piasecki M., Bovgyra O. V., Stadnyk V. Yo., Demchenko P., Fedorchuk A., Franiv A. V., Andriyevsky B. Specific Features of Content Dependences for Energy Gap in InxTl1-x I Solid State Crystalline Alloys, Acta Phys. Pol. A. 2018. 133. P. 68–75.
Ilchuk H., Andriyevsky B., Kushnir O., Kashuba A., Semkiv I., Petrus R., Electronic band structure of cubic solidstate CdTe1-xSex solutions, Ukr. J. Phys. Opt. 2021. 22. P. 101–109.
Kohn W., Sham L. J. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects, Phys. Rev. 1965. 140. P. A1133–A1138.
Chrunik M., Majchrowski A., Ozga K., Rudysh M. Ya., Kityk I. V., Fedorchuk A. O., Stadnyk V. Yo., Piasecki M. Significant photoinduced increment of reflectivity coefficient in LiNa5Mo9O30, Current Applied Physics. 2017. 17. P. 1100–1107.
Fox M. Optical Properties of Solids, Second Edition, Oxford University Press, Oxford, New York, 2010.
