АНІЗОТРОПІЯ ПРУЖНИХ ТА АКУСТИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КРИСТАЛІВ AgGaTe2 1
DOI:
https://doi.org/10.32782/pet-2022-1-9Ключові слова:
напівпровідник, халькопірит, пружні властивості, анізотропіяАнотація
У рамках теорії функціоналу густини з використанням програми CASTEP, що базується на методі псевдопотенціалу з базисом плоских хвиль блохівського типу, проведено першопринципні обрахунки пружних властивостей кристала AgGaTe2. Отримано повну матрицю коефіцієнтів пружної жорсткості Сij з використанням узагальненого градієнтного наближення як обмінно-кореляційний функціонал. Показано, що розраховані коефіцієнти пружної жорсткості задовольняють критерій Борна стабільності матеріалу для тетрагональної симетрії. Коефіцієнти пружної жорсткості використано для оцінки лінійної стисливості ka і kc вздовж осі a та c, відповідно. Розраховані значення стисливості є такими: ka = 8,9 · 10–3 ГПa–1 та kс =10,3 · 10–3 ГПa–1, для а та с напрямків, відповідно. Звідси об’ємна стисливість для кристала AgGaTe2 становить k = 28,1 · 10–3 ГПa–1. Показано, що досліджуваний кристал володіє значною анізотропією пружних властивостей. Проведено аналіз анізотропії з метою її кількісної та якісної оцінки. Розраховано універсальний індекс анізотропії AU, який характеризує анізотропію як модуля стиску кристала так і анізотропію модуля зсуву. Для кристала AgGaTe2 універсальний індекс анізотропії рівний 1,015, що суттєво відрізняється від нуля і говорить про значну анізотропію. Зазвичай головний внесок у анізотропію пружних властивостей дає модуля зсуву G. Побудовано та проаналізовано просторові 3D розподіли пружних модулів таких як модуль Юнга E, об’ємний модуль пружності B та модуль зсуву G кристала. Показано, що об’ємний модуль стиску для кристала характеризується сферичною поверхнею, що відповідає майже ізотропному випадку. Найбільша анізотропія отримана для розподілу модуля зсуву G. Розраховано розподіли швидкостей поширення акустичних хвиль у кристалі для порщон (100) і (001) та проаналізовано їх анізотропію. Отримано теоретичну температуру Дебая досліджуваного кристала.
Посилання
Hahn H., Frank G., Klingler W., Meyer A.-D., Störger G., Untersuchungen über ternäre Chalkogenide. V. Über einige ternäre Chalkogenide mit Chalkopyritstruktur, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1953. 271. P. 153–170.
Parker D., Singh D.J., Thermoelectric properties of AgGaTe2 and related chalcopyrite structure materials, Phys. Rev. B. 2012. 85. P. 125209.
Arai S., Ozaki S., Adachi S., Optical properties and electronic band structure of AgGaTe2 chalcopyrite semiconductor, Appl. Opt., AO. 2010. 49. P. 829–837.
Mitra C., Lambrecht W.R.L., Band-gap bowing in AgGa(Se1-xTex)2 and its effect on the second-order response coefficient and refractive indices, Phys. Rev. B. 2007. 76. P. 205206.
Rudysh M.Ya., Piasecki M., Myronchuk G.L., Shchepanskyi P.A., Stadnyk V.Yo., Onufriv O.R., Brik M.G., AgGaTe2 – The thermoelectric and solar cell material: Structure, electronic, optical, elastic and vibrational features, Infrared Physics & Technology. 2020. 111. P. 103476.
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.
Vanderbilt D., Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism, Phys. Rev. B. 1990. 41. P. 7892–7895.
Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M., Generalized Gradient Approximation Made Simple, Phys. Rev. Lett. 1996. 77. P. 3865–3868.
Perdew J.P., Chevary J.A., Vosko S.H., Jackson K.A., Pederson M.R., Singh D.J., Fiolhais C., Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation, Phys. Rev. B. 1992. 46. P. 6671–6687.
Muruganantham R., Liu W.-R., Lin C.-H., Rudysh M., Piasecki M., Design of meso/macro porous 2D Mn-vanadate as potential novel anode materials for sodium-ion storage, Journal of Energy Storage. 2019. 26. P. 100915.
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.
Monkhorst H.J., Pack J.D., Special points for Brillouin-zone integrations, Phys. Rev. B. 1976. 13. P. 5188–5192.
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.
Majchrowski A., Chrunik M., Rudysh M., Piasecki M., Ozga K., Lakshminarayana G., Kityk I.V., Bi3TeBO9: electronic structure, optical properties and photoinduced phenomena, J. Mater Sci. 2018. 53. P. 1217–1226.
Waller I., Dynamical Theory of Crystal Lattices by M. Born and K. Huang, Acta Cryst. 1956. 9. P. 837–838.
Sharma S., Verma A.S., Jindal V.K., Ab initio studies of structural, electronic, optical, elastic and thermal properties of silver gallium dichalcogenides (AgGaX2: X = S, Se, Te), Materials Research Bulletin. C. 2014. P. 218–233.
Rudysh M.Ya., Electronic structure, optical and elastic properties of AgAlS2 crystal under hydrostatic pressure, Materials Science in Semiconductor Processing. 2022. 148. P. 106814.
Rudysh M.Ya., Shchepanskyi P.A., Fedorchuk A.O., Brik M.G., Ma C.-G., Myronchuk G.L., Piasecki M., Firstprinciples analysis of physical properties anisotropy for the Ag2SiS3 chalcogenide semiconductor, Journal of Alloys and Compounds. 2020. 826. P. 154232.
Weber M.J., Handbook of optical materials, CRC Press, 2003.
Kumar V., Shrivastava A.K., Banerji R., Dhirhe D., Debye temperature and melting point of ternary chalcopyrite semiconductors, Solid State Communications. 2009. 25–26. P. 1008–1011.
