Вплив гідростатичного тиску і катіонної вакансії на електронні та магнітні властивості кристалів ZnSe:T (T = Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni)
Анотація
Параметри поляризованого за спіном електронного енергетичного спектру кристалів ZnSe: T (T = Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) вивчаються на основі надкомірки 2×2×2, побудованої на базі кристала ZnSe зі структурою сфалериту. Надкомірка містить 64 атоми, з яких один атом Zn заміщується перехідним 3d елементом T. Перший етап даного дослідження полягає в розрахунку в ідеальному матеріалі ZnTSe залежних від зовнішнього гідростатичного тиску параметрів електронних енергетичних зон. На другому етапі досліджується вплив тиску на значення параметрів електронного енергетичного спектру матеріалів ZnTSe з урахуванням вакансії на вузлі атома Zn. Розрахунки виконані за допомогою програми Abinit. Для кращого опису сильно скорельованих 3d електронів елемента T був застосований гібридний обмінно-кореляційний функціонал PBE0 з домішкою обмінного потенціала Хартрі-Фока, у якому відсутня самодія цих електронів. На основі отриманих електронних густин, поляризованих за спіном, були визначені також і магнітні моменти надкомірок. Виявлено значний вплив тиску на параметри електронних енергетичних зон. Так, ідеальний матеріал ZnTiSe за нульового тиску є металом для обидох значень спіна, але під дією тиску він стає напівпровідником. Цей же матеріал з точковим дефектом, тобто вакансією на вузлі атома Zn, виявляє властивості напівпровідника для обидвох орієнтацій спіна за нульового тиску. Виявлено, що вакансії докорінно змінюють параметри електронних енергетичних зон. Магнітні моменти надкомірки, як інтегральні величини поляризованих за спіном густин електронних станів, також відображають ці зміни. Так, у матеріалі ZnTiSe без дефектів магнітні моменти надкомірки становлять 1.92, 2.0 та 2.0, за тисків 0, 21 та 50 GPa, тоді як тому ж матеріалі з вакансією відповідні значення становлять 0.39, 0.02 та 0.36. Ідеальний матеріал ZnVSe за нульового тиску також є металом для обидвох значень спінового моменту, але за наявності катіонної вакансії він є характеризується псевдощілиною, оскільки рівень Фермі локалізований у верхній частині валентної зони. Ідеальні кристали ZnFeSe та ZnNiSe характеризуються подібними залежностями від тиску параметрів електронних енергетичних зон для обидвох спінів. Однак ці ж матеріали з катіонною вакансією характеризуються для спінів вгору рівнем Фермі, зануреним у валентну зону.
Завантаження
Посилання
Jen-Chuan Tung, Bang-Wun Lin, and Po-Liang Liu, ACS Omega, 10(24), 8937 (2020), https://doi.org/10.3390/app10248937
Fen Qiao, Rong Kang, Qichao Liang, Yongqing Cai, Jiming Bian, and Xiaoya Hou, ACS Omega 4(7), 12271 (2019), https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01539
F. Trager, Lasers and Coherent Light Sources. In: Springer Handbook of Lasers and Optics, 2nd ed.; T. Frank, Ed. (Springer, Dordrecht, The Netherlands, 2012), 11, pp. 749–750.
S.B. Mirov, I.S. Moskalev, S. Vasilyev, V. Smolski, V.V. Fedorov, D. Martyshkin, J. Peppers , M. Mirov, A. Dergachev, and V. Gapontsev, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 24(5), 1601829 (2018), https://doi.org/10.1109/JSTQE.2018.2808284
U. Demirbas, A. Sennaroglu, N. Vermeulen, H. Ottevaere, and H. Thienpont, Proc. SPIE 6190, Solid State Lasers and Amplifiers II, 61900A(10), (2006), https://doi.org/10.1117/12.661725
P.E. Blöchl, Phys. Rev. B. 50, 17953 (1994), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.17953
M. Fuchs, M. Scheffler, Comput. Phys. Commun. 119, 67 (1999).
G.K.H. Madsen, P. Blaha, K. Schwarz, E. Sjöstedt, and Lars Nordström, Phys. Rev. B. 64, 195134 (2001), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.195134
M. Ernzerhof, and G.E. Scuseria, J. Chem. Phys. 110, 5029 (1999), https://doi.org/10.1063/1.478401
P. Novák, J. Kunes, L. Chaput, and W.E. Pickett, Phys. Status Solidi B, 243(3), 563 (2006), https://doi.org/10.1002/pssb.200541371
E. Tran, P. Blaha, K. Schwarz, and P. Novák, Phys. Rev. B, 74, 155108 (2006), https://doi.org/10.1103/PhysRevB. 74.155108
J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Letters, 77(18), 3865 (1996), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett. 77.3865
Y. Klysko, and S. Syrotyuk, Ukr. J. Phys. 66(1), 55 (2021), https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019493
S.V. Syrotyuk, and Yu.V. Klysko, Condens. Matter Phys. 23(3), 33703 (2020), https://doi.org/10.5488/CMP.23.33703)
Ya.M. Chornodolskyy, V.O. Karnaushenko, V.V. Vistovskyy, S.V. Syrotyuk, A.V. Gektin, and A.S. Voloshinovskii, Journal of Luminescence 237, 118147 (2021), https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118147
S.V. Syrotyuk, Physics and Chemistry of Solid State, 21(4), 695 (2020), https://doi.org/10.15330/pcss.21.4.695-699)
S.V. Syrotyuk, and O.P. Malyk, J. Nano- Electron. Phys. 11(6), 06018 (2019), https://doi.org/10.21272/jnep.11(6).06018
S.V. Syrotyuk, and O.P. Malyk, J. Nano- Electron. Phys. 11(1), 01009 (2019), https://doi.org/10.21272/jnep.11(1).01009
R.Yu. Petrus, H.A. Ilchuk, V.M. Sklyarchuk, A.I. Kashuba, I.V. Semkiv, and E.O. Zmiiovska, J. Nano- Electron. Phys. 10, 06042 (2018), https://doi.org/10.21272/jnep.10(6).06042
S.V. Syrotyuk, Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 43(4), 541 (2021), https://doi.org/10.15407/mfint.43.04.0541
X. Gonze, F. Jollet, F. Abreu Araujo, D. Adams, B. Amadon, T. Applencourt, C. Audouze, et al, Comput. Phys. Commun. 205, 106 (2016), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2016.04.003
N.A.W. Holzwarth, A.R. Tackett, and G.E. Matthews, Comput. Phys. Commun. 135, 329 (2001), https://doi.org/10.1016/S0010-4655(00)00244-7)
A.R. Tackett, N.A.W. Holzwarth, and G.E. Matthews, Comput. Phys. Commun. 135, 348 (2001), https://doi.org/10.1016/S0010-4655(00)00241-1
Y. Zhang, G. Feng, and S. Zhou, Proc. SPIE 9920, Active Photonic Materials VIII, 99200L (16 September 2016); SPIE Nanoscience + Engineering, 2016, San Diego, California, United States, https://doi.org/10.1117/12.2236152
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).
