Першопринципи розрахунку структурних, електронних і оптичних властивостей кубічного перовскіту CsPbF3
Erratum: Mohammed, Z. Y., Sami, S. A., & Salih, J. M. First-Principles Calculation of Structural, Electronic, and Optical Properties of Cubic Perovskite CsPbF3. East European Journal of Physics, (4), 390 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-4-49
Анотація
Перовскіти галогенідів свинцю привернули значну увагу як один із найбільш перспективних матеріалів для оптоелектронних застосувань. Структурні, електронні та оптичні властивості кубічного перовскіту CsPbF3 були вивчені з використанням теорії функціоналу густини в поєднанні з плоскими хвилями, псевдопотенціалами, що зберігають норму, і узагальненим градієнтним наближенням Пердью-Берг-Ерценгофа. Отримані структурні параметри добре узгоджуються з експериментально виміряними та іншими теоретично прогнозованими значеннями. Отримана електронна структура зон показала, що кубічний CsPbF3 має пряму фундаментальну заборонену зону в точці R 2,99 еВ. Розраховані енергетичні заборонені зони в точках високої симетрії узгоджуються з іншими доступними теоретичними результатами. Метод GW адаптовано для корекції заниженого значення фундаментальної енергетичної щілини до 4,05 еВ. Внесок різних смуг аналізувався з повної та часткової щільності станів. Електронна густина показує, що Cs і F мають міцні іонні зв’язки, тоді як Pb і F мають міцні ковалентні зв’язки. Оптичні властивості CsPbF3 розраховано з використанням теорії збурень функціоналу густини та співвідношень Крамерса-Кроніга. Широка та пряма заборонена зона та розраховані оптичні властивості означають, що кубічний CsPbF3 можна використовувати в оптичних та оптоелектронних пристроях для високочастотного видимого та низькочастотного ультрафіолетового електромагнітного випромінювання.
Завантаження
Посилання
C. Weeks, and M. Franz, “Topological insulators on the Lieb and perovskite lattices,” Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys. 82(8), 1-5 (2010), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.085310
A.S. Moskvin, A.A. Makhnev, L.V. Nomerovannaya, N.N. Loshkareva, and A.M. Balbashov, “Interplay of p-d and d-d charge transfer transitions in rare-earth perovskite manganites,” 82(3), 035106 (2018), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.035106
G. Murtaza, I. Ahmad, M. Maqbool, H.A.R. Aliabad, and A. Afaq, “Structural and optoelectronic properties of cubic CsPbF3 for novel applications,” Chinese Phys. Lett. 28(11), 117803 (2011), https://doi.org/10.1088/0256-307X/28/11/117803.
J. Burschka, N. Pellet, S.-J. Moon, R. Humphry-Baker, P. Gao, M.K. Nazeeruddin, and M. Grätzel, “Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells,” Nature, 499(7458), 316-319 (2013), https://doi.org/10.1038/nature12340
S.D. Stranks, G.E. Eperon, G. Grancini, C. Menelaou, M.J.P. Alcocer, T. Leijtens, L.M. Herz, et al., “Electron-hole diffusion lengths exceeding 1 micrometer in an organometal trihalide perovskite absorber,” Science (80)., 342(6156), 341-344 (2013), https://doi.org/10.1126/science.1243982
J. Duan, Y. Zhao, X. Yang, Y. Wang, B. He, and Q. Tang, “Lanthanide Ions Doped CsPbBr3 Halides for HTM-Free 10.14%-Efficiency Inorganic Perovskite Solar Cell with an Ultrahigh Open-Circuit Voltage of 1.594 V,” Adv. Energy Mater. 8(31), 1802346 (2018), https://doi.org/10.1002/aenm.201802346
M. Roknuzzaman, K.K. Ostrikov, H. Wang, A. Du, and T. Tesfamichael, “Towards lead-free perovskite photovoltaics and optoelectronics by ab-initio simulations,” Sci. Rep. 7(1), 14025 (2017), https://doi.org/10.1038/s41598-017-13172-y
A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, and T. Miyasaka, “Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells,” J. Am. Chem. Soc. 131(17), 6050 (2009), https://doi.org/10.1021/ja809598r
F. Sahli, J. Werner, B.A. Kamino, M. Bräuninger, R. Monnard, B. Paviet-Salomon, L. Barraud, et al., “Fully textured monolithic perovskite/silicon tandem solar cells with 25.2% power conversion efficiency,” Nat. Mater. 17(9), 820 826 (2018), https://doi.org/10.1038/s41563-018-0115-4
V.M. Bouznik, Yu.N. Moskvich, and V.N. Voronov, “Nuclear Magnetic Resonance Study Of "F Motion In CssPbF,” Chem. Phys. Lett. 37(3), 464-467 (1976), https://doi.org/10.1016/0009-2614(76)85014-2
A.V Chadwick, J.H. Strange, G.A. Ranieri, and M. Terenzi, “Studies of ionic motion in perovsmite fluorides,” Solid State Ionics, 9, 555-558 (1983), https://doi.org/10.1016/0167-2738(83)90294-1
P. Berastegui, S. Hull, and S.-G. Eriksson, “A low-temperature structural phase transition in CsPbF 3,” J. Phys. Condens. Matter, 13(22), 5077 (2001), https://doi.org/10.1088/0953-8984/13/22/305
E.H. Smith, N.A. Benedek, and C.J. Fennie, “Interplay of Octahedral Rotations and Lone Pair Ferroelectricity in CsPbF3,” Inorg. Chem. 54(17), 8536-8543 (2015), https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5b01213
P. Bhumla, D. Gill, S. Sheoran, and S. Bhattacharya, “Origin of Rashba spin-splitting and strain tunability in ferroelectric bulk CsPbF3,” J. Phys. Chem. Lett. 12(39), 9539-9546 (2021), https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c02596
A. Amudhavalli, R. Rajeswarapalanichamy, R. Padmavathy, and K. Iyakutti, “Electronic structure and optical properties of CsPbF3-yIy (y = 0, 1, 2) cubic perovskites,” Acta Phys Pol A, 139(6), 692-697 (2021), https://doi.org/10.12693/APHYSPOLA.139.692
Y. Selmani, H. Labrim, M. Mouatassime, and L. Bahmad, “Structural, optoelectronic and thermoelectric properties of Cs-based fluoroperovskites CsMF3 (M = Ge, Sn or Pb),” Mater. Sci. Semicond. Process. 152, 107053 (2022), https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.107053
D.R. Hamann, “Optimized norm-conserving Vanderbilt pseudopotentials,” Phys. Rev. B, 88(8), 085117 (2013), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.085117
X. Gonze, B. Amadon, P.-M. Anglade, J.-M. Beuken, F. Bottin, P. Boulanger, F. Bruneval, and D. Caliste, et al., “ABINIT: First-principles approach to material and nanosystem properties,” Comput. Phys. Commun. 180(12), 2582-2615 (2009), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2009.07.007
X. Gonze, F. Jollet, F. A. Araujo, D. Adams, and B. Amadon, “Recent developments in the ABINIT software package,” Comput. Phys. Commun. 205, 106-131 (2016), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2016.04.003
The ABINIT Group, maintained by Jean-Michel Beuken, https://www.abinit.org/
Z. Yi, N. H. Ladi, X. Shai, H. Li, Y. Shen, and M. Wang, “Will organic-inorganic hybrid halide lead perovskites be eliminated from optoelectronic applications?,” Nanoscale Adv. 1(4), 1276-1289 (2019), https://doi.org/10.1039/c8na00416a
B.M. Ilyas, and B.H. Elias, “Theoretical Study of the Structural, Elastic, Electronic, Optical and Thermodynamic Properties of CsXCl3 (X = Pb, Cd) under Pressure,” Phys. B Condens. Matter, S0921-4526(16), 30587 (2016), https://doi.org/10.1016/j.physb.2016.12.019
S. Sharma, and C. Ambrosch-Draxl, “Second-harmonic optical response from first principles,” Phys. Scr. T, T109, 128 (2004), https://doi.org/10.1238/Physica.Topical.109a00128
L.A. Collins et al., “Dynamical and optical properties of warm dense hydrogen,” Phys. Rev. B, 63(18), 184110 (2001), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.184110
S. Goedecker, and M. Teter, “Separable dual-space Gaussian pseudopotentials,” Phys. Rev. B, 54(3), 1703 (1996), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.1703
C. Hartwigsen, S. Goedecker, and J. Hutter, “Relativistic separable dual-space Gaussian pseudopotentials from H to Rn,” Phys. Rev. B, 58(7), 3641 (1998), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.3641
F. Birch, “Finite elastic strain of cubic crystals,” Phys. Rev. 71(11), 809-824 (1947), https://doi.org/10.1103/PhysRev.71.809
R.1. K. H. James E. Huheey, Ellen A. Keiter, and Collins, “lnorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity,” Annu. Rev. Psychol. 8(4), 257-271 (1993), http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8434894
L.Q. Jiang, J.K. Guo, H.B. Liu, M. Zhu, X. Zhou, P. Wu, and C.H. Li, “Prediction of lattice constant in cubic perovskites,” J. Phys. Chem. Solids, 67(7), 1531-1536 (2006), https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2006.02.004
Q. Mahmood, M. Hassan, M. Rashid, B. U. Haq, and A. Laref, “The systematic study of mechanical, thermoelectric and optical properties of lead based halides by first principle approach,” Phys. B Condens. Matter, 571, 87-92 (2019), https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.06.061
K.E. Babu, A. Veeraiah, D.T. Swamy, and V. Veeraiah, “First-principles study of electronic and optical properties of cubic perovskite CsSrF,” Mater. Sci. Pol. 30(4), 359-367 (2012), https://doi.org/10.2478/s13536-012-0047-7
N.A. Abdulkareem, “First principle study of structural, electronic and optical behaviour of CsPbX3 (X= Br, Cl, I) under hydrostatic pressure,” University of Zakho Zakho, Kurdistan region-Iraq, 2011.
L.A. Collins et al., “Dynamical and optical properties of warm dense hydrogen,” Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys. 63(18), 184110 (2001), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.184110
S.K. Mitro, M. Saiduzzaman, T.I. Asif, and K.M. Hossain, “Band gap engineering to stimulate the optoelectronic performance of lead-free halide perovskites RbGeX 3 (X = Cl, Br) under pressure,” J. Mater. Sci. Mater. Electron. 33(17), 13860-13875 (2022), https://doi.org/10.1007/s10854-022-08318-2
B. Xu, X. Li, J. Sun, and L. Yi, “Electronic structure, ferroelectricity and optical properties of CaBi2Ta2O9,” Eur. Phys. J. B, 66, 483-487 (2008), https://doi.org/10.1140/epjb/e2008-00461-9
L.J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, “Gain-assisted superluminal light propagation,” Nature, 406(6793), 277-279 (2000), https://doi.org/10.1038/35018520
N.P. Bigelow, and C.R. Hagen, “Comment on ‘observation of superluminal behaviors in wave propagation,’” Phys. Rev. Lett. 87(5), 59401-1 (2001), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.059401
Авторське право (c) 2023 Зозан Ю. Мохаммед, Саркаут А. Самі, Джалал М. Саліх
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
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).
