ПЕРШОПРИНЦИПНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОННОЇ БУДОВИ КРИСТАЛА TlSbSe2
DOI:
https://doi.org/10.32782/pet-2024-1-6Ключові слова:
напівпровідник, теорія функціоналу густини; халькогенід, зонна структура; діелектрична функціяАнотація
У роботі проведено дослідження електронної структури кристала TlSbSe2 у моноклінній фазі з перших принципів. Дослідження структури електронних рівнів у даному кристалі раніше не проводились, тому такі дослідження є важливими та актуальними з огляду на можливість його потенційного практичного застосування. Для моделювання властивостей кристала використано програму CASTEP, що базується теорії Кона-Шема. В якості наближення, для опису обмінно-кореляційної взаємодії використано узагальнене градієнтне наближення з параметризацією Пердю-Бурке-Ернзергофа. Енергія плоских хвиль обмежувалась значенням 450 еВ. З метою отримання структури в основному стані попередньо проводилась геометрична оптимізація кристалічної ґратки з використанням методу Бройдена-Флетчера-Голдфарба-Шенно. Вперше проведено геометричну оптимізацію кристалічної структури та з’ясовано, що найкраще узгодження з експериментальними результатами дає параметр ґратки а (відхилення δа = 0,6%). Максимальне відхилення оптимізованого параметра ґратки від експериментального значення отримане для параметра с і становить 4,8%. З аналізу кристалічної ґратки показано також збільшення кута β на 30' при застосуванні GGA функціоналу. Вперше розраховано зонно-енергетичну структура кристала TlSbSe2 у структурі моноклінної симетрії. З її аналізу показано, що зона провідності та вершина валентної зони кристала утворені широкими смугами. Дно зони провідності знаходиться на сегменті Г → Y першої зони Бріллюена. Вершина валентної зони розташована в точці Z утворюючи заборонену зону не прямого типу. Розраховане значення Eg становить 0,99 eВ. З’ясовано, що зона провідності утворена s- та p-станів атомів Tl, Sb та Se а вершина валентної зони формується s-станами сурми та p-станами селену. Найінтенсивніший пік у спектрах DOS/PDOS відповідає локалізованим d-станам атомів Tl.
Посилання
Deger D., Ulutas K., Yildirim S., Kalkan N. Relaxation spectrum of the TlSbSe2 thin films, Physica B: Condensed Matter. 2009. 404. P. 5231–5233.
Wacker K., Salk M., Decker-Schultheiss G., Keller E. Die Kristallstruktur der geordneten Phase der Verbindung TlSbSe2, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1991. 606. P. 51–58.
Syrbu N. N., Krasovsky V. T., Grincheshen I. N. Optical Phonons and Chemical Bonding in TlSbS2, TlSbSe2, and Tl3SbS3 Crystals, Crystal Research and Technology. 1993. 28. P. 371–380.
Gervais F. Infrared and Millimeter Waves, 8th ed., Academic Press, New York, P. 1983.
Chrissafis K., Ozer M., Vinga E., Polychroniadis E., Chatzistavrou X., Paraskevopoulos K. M. Characterization and phase transformation study of TlSbSe2 crystals, J Therm Anal Calorim. 2006. 86. P. 839–843.
Ren J., Whangbo M. H., Bengel H., Cantow H. J., Magonov S. N. Interpretation of the scanning tunneling and atomic force microscopy images of layered compound TlSbSe2 by electron density calculations, Chemistry of Materials. 1993. 5. P. 1018–1023.
Banys J., Grigas J., Valiukenas V., Wacker K. Microwave dielectric properties of TlSbSe2 crystals, Solid State Communications. 1992. 82. P. 633–636.
Hoang K., Mahanti S. Atomic and electronic structures of thallium-based III-V-VI2 ternary chalcogenides: Ab initio calculations, Physical Review B. 2008. 77. P. 205107.
Clark S. J., Segall M. D., Pickard C. J., Hasnip P. J., Probert M. I. J., Refson K., Payne M. C. First principles methods using CASTEP, Zeitschrift Für Kristallographie – Crystalline Materials. 2005. 220. P. 567–570.
Lee J. G. Computational Materials Science: An Introduction.CRC Press. 2013. P. 269.
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.
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.
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.
Chen J. – A., Piasecki M., Yang C. – C., Rudysh M., Liu W. – R. Synthesis, luminescent properties and ab initio study of yellow-emitting Sr8MgGa(PO4)7:Eu2+phosphors for white light-emitting diodes, Journal of Luminescence. 2021. 235. P. 117982.
Rudysh M. Y., 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.
