Покращене дослідження напівпровідників халькопіриту AgGaTe₂ та AgInTe₂ на основі першопринципів за допомогою FPLAPW в рамках WIEN2K: структурні, електронні та оптичні властивості
DOI:
https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-42Ключові слова:
FPLAPW, теорія функціоналу густини, модифікований аналіз Бекке-Джонсона, електронна структура, оптичний аналізАнотація
У цій статті ми представляємо детальне теоретичне дослідження потрійних халькопіритових напівпровідників AgGaTe₂ та AgInTe₂ з використанням розрахунків з перших принципів, заснованих на теорії функціоналу густини (DFT). Моделювання проводиться в рамках формалізму повнопотенціальної лінеаризованої доповненої плоскої хвилі (FPLAPW), реалізованого в обчислювальному пакеті WIEN2k. Структурні властивості оптимізовані за допомогою функціоналу обміну-кореляції WC-GGA, тоді як електронні та оптичні відгуки уточнюються за допомогою модифікованого потенціалу Бекке-Джонсона (mBJ), відомого своєю покращеною точністю оцінки ширини забороненої зони. Дослідження включає ретельну оцінку електронних зонних структур та різних оптичних параметрів, включаючи комплексну діелектричну функцію, коефіцієнт поглинання, показник заломлення, функцію втрат енергії та відбивну здатність. Результати показують, що обидва матеріали мають прямі заборонені зони, які знаходяться в оптимальному діапазоні для поглинання сонячними елементами. Крім того, ці сполуки демонструють сильне поглинання світла у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах, високі показники заломлення та помітні міжзонні переходи. Такі особливості підкреслюють їхню придатність для фотоелектричних технологій, особливо в тонкоплівкових конфігураціях, де покращене захоплення світла та генерація носіїв заряду є критично важливими. Більше того, спостережувані оптичні та електронні властивості також вказують на можливе використання в інфрачервоному детектуванні та нелінійних оптоелектронних системах. Загалом, результати надають цінне теоретичне розуміння оптоелектронних характеристик телуридних халькопіритів на основі срібла, підкреслюючи їхній потенціал як екологічно чистих та ефективних матеріалів для майбутніх рішень у сфері сонячної енергетики.
Посилання
A.S. Verma, Philos. Mag. 89, 183 (2009). https://doi.org/10.1080/14786430802593814
C. Catella, and D. Burlage, Mater. Res. Bull. 23, 28 (1998). https://doi.org/10.1557/S0883769400029055
M.C. Ohmer, J.T. Goldstein, D.E. Zelmon, A. Waxler, S.M. Hegde, J.D. Wolf, P.G. Schunemann, and T.M. Pollak, J. Appl. Phys. 86, 94 (1999). https://doi.org/10.1063/1.370704
A.S. Verma, and S.R. Bhardwaj, Phys. Scr. 79, 015302 (2009). https://doi.org/10.1088/0031-8949/79/01/015302
V.V. Badikov, O.N. Pivovarov, Y.V. Skokov, O.V. Skrebneva, and N.K. Trotsenko, Sov. J. Quantum Electron. 5, 3502 (1975). https://doi.org/10.1070/qe1975v005n03abeh011027
T. Plirdpring, K. Kurosaki, A. Kosuga, T. Day, S. Firdosy, V. Ravi, G.J. Snyder, et al., Adv. Mater. 24, 3622 (2012). https://doi.org/10.1002/adma.201200732
T. Plirdpring, K. Kurosaki, A. Kosuga, M. Ishimaru, A. Harnwunggmoung, T. Sugahara, Y. Ohishi, et al. Mater. Trans. 53, 1212 (2012). https://doi.org/10.2320/matertrans.e-m2012810
R. Liu, L. Xi, H. Liu, X. Shi, W. Zhang, and L. Chen, Chem. Commun. (Camb.) 48, 3818 (2012). https://doi.org/10.1039/C2CC30318C
J. Yao, N. Takas, M. Schliefert, D. Paprocki, P. Blanchard, H. Gou, A. Mar, et al. J. Aitken, Phys. Rev. B, 84, 075203 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.075203
Y. Li, Q. Meng, Y. Deng, H. Zhou, Y. Gao, Y. Li, J. Yang, and J. Cui, Appl. Phys. Lett. 100, 231903 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4726109
A. Kosuga, T. Plirdpring, R. Higashine, M. Matsuzawa, K. Kurosaki, and S. Yamanaka, Appl. Phys. Lett. 100, 042108 (2012). https://doi.org/10.1063/1.3678044
A.V. Kopytov, and A.V. Kosobutsky, Phys. Solid State, 52, 1359 (2010). https://doi.org/10.1134/s1063783410070061
D. Xue, K. Betzler, and H. Hesse, Phys. Rev. B, 62, 13546 (2000). https://doi.org/10.1103/physrevb.62.13546
A.H. Reshak, Physica B, 369, 243 (2005). https://doi.org/10.1016/j.physb.2005.08.038
S. Sharma, A.S. Verma, and V.K. Jindal, Mater. Res. Bull. 53, 218 (2014). https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.02.021
E. Wimmer, “Computational methods for atomistic simulations of materials,” Materials Science and Engineering: B, 37(1-3), 72 (1996). https://doi.org/10.1016/0921-5107(95)01459-4
P. Kiréev, ' la physique des semi-conducteur, (Mir, Moscow, 1979). https://archive.org/details/p.-kireev-la-physique-des-semiconducteurs-mir-1975/page/228/mode/2up (in Russian)
M. Born, j., and R. Oppenheimer, Ann. Phys. 87, 457 (1927). https://doi.org/10.1002/andp.19273892002
D.R. Hartree, Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 24(1), 89 (1928). https://doi.org/10.1017/S0305004100011919
V. Fock, Z. Phys. 61, 126 (1930). http://dx.doi.org/10.1007/BF01340294
A. Zunger, and A.J. Freeman, Phys. Rev. B, 16, 2901 (1977). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.16.2901
J.P. Perdew, and A. Zunger, Phys. Rev. B, 23, 5048 (1981). https://doi.org/10.1103/physrevb.23.5048
L.H. Thomas, “The calculation of atomic fields,” Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 23(5), 542 (1927). Published online by Cambridge University Press: 24 October 2008. https://doi.org/10.1017/S0305004100011683
E. Fermi, Z. Phys. 48, 73 (1928). https://doi.org/10.1007/bf01351576
P. Hohenberg, and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964). https://doi.org/10.1103/PhysRev.136.B864
J.P. Perdew, and Y. Wang, Phys. Rev. B, 45, 13244 (1992). https://doi.org/10.1103/physrevb.45.13244
A. Chahed, O. Benhelal, H. Rozale, S. Laksari, and N. Abbouni, Phys. Status Solidi, B, 244, 629 (2007). https://doi.org/10.1002/pssb.200642050
S. Ullah, U.D. Haleem, G. Murtaza, T. Ouahrani, R. Khenata, S. Naeemullah, Bin Omran, J. Alloys Compd. 617, 575 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.08.058
E. Jaffe, A. Zunger, Phys. Rev. B, 29, 1882 (1983). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.29.1882
J.L. Shay, and J.H. Wernick, Ternary Chalcopyrite Semiconductors: Growth, Electronic Properties and Applications, (Pergamon Press, Oxford, 1975). https://doi.org/10.1016/C2013-0-02602-3
W.N. Honeyman, K.H. Wilkinson, J. Phys. D, 4, 1182 (1971). https://doi.org/10.1088/0022-3727/4/8/319
K. Beggas, et al., Indian J. Phys. 98, 2755 (2024). http://dx.doi.org/10.1007/s12648-023-03049-4
S.A. Bendehiba, et al. Materials Science in Semiconductor Processing, 183, 108772 (2024), https://doi.org/10.1016/j.mssp.2024.108772
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
