Електронні, структурні, оптичні та механічні властивості кубічного структурованого Ln2X3 (Ln = La→Lu & X=O,S): емпіричне дослідження
Анотація
У цій публікації ми розглянули структурні, оптичні та механічні характеристики серії лантаноїдів Ln2X3 з кубічною структурою (Ln = La→ Lu та X = O, S) за допомогою теорії коливань плазми валентних електронів твердих тіл. Використовуючи теорію хімічного зв’язку твердих тіл, яку створили Філліпс і Ван-Вехтен, ми додатково підтвердили наші висновки. На жаль, було виявлено, що опис діелектрика Філіпса та Ван-Вехтена (PVV) застосовний виключно до напівпровідників та ізоляторів. Показано, що емпіричний зв’язок, представлений раніше Ядавом і Бхаті [D.S. Yadav, J. Alloys and Comp. 537, 250 (2012); D.S. Yadav, and D.V. Singh, Phys. Scr. 85, 015701 (2012); D.S. Yadav, J. Mater. Phys. Chem. 3(1), 6-10 (2015); R. Bhati, et al., Mater. Phys. Mech. 51, 90 (2023); R. Bhati, et al., East Eur. J. Phys. (1), 222 (2023).], пов’язує плазмонну енергію твердих тіл зі складною структурою, кам’яної солі та цинкової обманки з їхніми електронними, механічними, статичними та динамічними властивостями, які можна застосувати до кубічна структурована серія лантаноїдів (Ln2S3 & Ln2O3) лише з незначними модифікаціями. Враховуючи добре відому теорію діелектрика для твердих тіл, була розроблена альтернативна методика для оцінки електронних, структурних, механічних і оптичних властивостей цих матеріалів, включаючи їх ширину забороненої зони (∆Eg в еВ), оптичну діелектричну проникність, гомополярність і гетерополярні щілини, середні енергетичні щілини, іонність хімічного зв’язку та об’ємні мудулі. Оцінка була розрахована на основі майже зворотного зв’язку між енергією плазмону цих сполук та їхніми оптичними, механічними, структурними та електричними характеристиками. Для цих речовин очікувані значення вищезазначених параметрів утворюють пряму лінію, якщо їх відобразити в логарифмічному масштабі від енергії плазмону (ħωp). Ми перевірили сполуки типу C Ln2X3 за допомогою рекомендованих методів, і оцінені нами значення добре узгоджуються зі значеннями, отриманими на основі модифікованої теорії PVV та інших порівнянних експериментальних і теоретичних даних, доступних на даний момент.
Завантаження
Посилання
V. Corumlu, I. Ermis, S.D. Acer, T. Cifci, Y. Dagdemir, and M. Ari, “The phase stability and conductivity of Ho2O3 – Gd2O3 co-doped electrolyte for solid oxide fuel cell,” J. Materials Science: Materials in Electronics, 27, 5839 (2016). https://doi.org/10.1007/s10854-016-4500-y
H. Jiang, P. Rinke, and M. Scheffler, “Electronic properties of lanthanide oxides from the GW perspective,” Physical Review B, 86, 125115 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.125115
Jiang H., Gomez-bal, Rinke P., Scheffler M., Localized and Itinerant states in lanthanide oxides united by GW @ LDA + U, Physical Review letters 102 (2009) 126403. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.126403
D. Richard, E.L. Munoz, M. Renteria, L.A. Errico, A. Svane, and N.E. Christensen, “Ab initio LSDA and LSDA+U Study of pure and Cd-doped cubic lanthanide sesquioxides,” Physical Review B, 88, 165206 (2016). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.165206
L.R. Eyring, K.A. Gschneidner, and G.H. Lander, editors, Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, 3, (Elsevier, 1997). pp. 337.
V.P. Zhuze, and A.I. Shelykh, “Optical properties and electron - structure of rare earth sesquisulfides and sesquioxides,” Soviet Physics semiconductors, 23, 245 (1989). (in Russian)
H.R. Hoekstra, and K.A. Gingerich, “High-pressure B-type polymorphs of some rare-earth sesquioxides,” Science 146, (1964). 1163. https://doi.org/10.1126/Science.146.3648.1163
G. Adachi, and N. Imanaka, “The Binary Rare Earth Oxides,” Chemical Reviews, 98, 1479-1514 (1998). https://doi.org/10.1021/cr940055h.
N. Hirosaki, S. Ogata, and C. Kocer, “Ab initio calculation of the crystal structure of the lanthanide Ln2O3 sesquioxides,” Journal of alloys and compounds, 351, 31 (2003). https://doi.org/10.1016/S0925-8388(02)01043-5
A.V. Prokofiev, A.I. Shelykh, and B.T. Melekh, “Periodicity in the band gap variation of Ln2X3 (X=O, S, Se) in the lanthanide series,” Journal of alloys and compounds, 242, 41 (1996). https://doi.org/10.1016/0925-8388(96)02293-1
N. Singh, S.M. Saini, T. Nautiyal, and S. Anluck, “Electronic structure and optical properties of rare earth sesquioxides (R2O3, R= La, Pr & Nd),” Journal of applied Physics, 100, 255 (2006). https://doi.org/10.1063/1.2353267
M. Rahm, and N.V. Skorodumova, “Phase stability of the rare-earth sesquioxides under pressure,” Phys. Rev. B, 80, 104105 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.104105
Jiang Seng, Bai Li-Gang, Lin J., Xiao Wan-Sheng, Li Xiao-Dong, Li Yan-Chun, Tang Ling-Yun, Zhang Yu-Feng, Zhang De- Chun, Zheng Li-Rong, The phase transition of Eu2O3 under high pressures, Chinese Physics Letters, 26, 076101 (2009). https://doi.org/10.1088/0256-307X/26/7/076101
K.A. Irshad, N.V. Chandra Shekar, T.R. Ravindran, V. Srihari, and K.K. Pandey, “X-Ray diffraction and Raman studies on Ho: Eu2O3,” J. Molecular Structure, 1128, 325 (2017). https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2016.08.077
A.F. Andreeva, and I.Ya. Gilman, “Some optical properties of films of rare earth oxides,” Zh. Prikl. Spektrosk. 28(5), 895 (1978). (in Russian)
M.V. Abrashev, N.D. Todorov, and J. Geshev, “Raman spectra of R2O3 (R= Rare earth) sesquioxides with c – type bixbyite crystal structure: A comparative study,” J. Applied Physics, 116, 10 (2014). http://dx.doi.org/10.1063/1.4894775
S.J. Liu, J. Lin, B. Ligang, Y. Zhang, X. Li, Y. Li, L. Tang, and H. Wang, “Structural transformations in cubic Dy2O3 at high pressures,” Solid State Communications, 169, 37 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ssc.2013.06.027
V.I. Marchenko, Electronic Structure and Physico Chemical Properties of Refractory Compounds and Alloys (1980) 193
A.S. Verma, and S.R. Bharadwaj, “Electronic and optical properties of zinc blende and complex crystal structured solids,” Phys. State Solidi B, 243, 4025 (2006). https://doi.org/10.1002/pssb.200844072
D.S. Yadav, “Electronic and mechanical properties of rare earth monochalcogenides,” J. Alloys and Comp. 537, 250 (2012). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.05.016
D.S. Yadav, and D.V. Singh, “Static and dynamical properties of II-VI and III-V group binary solids,” Phys. Scr. 85, 015701 (2012). https://doi.org/10.1088/0031-8949/85/01/015701
D.S. Yadav, “Electronic Properties of Bonds in AIBIIICVI2 Chalcopyrite Semiconductors,” Journal of Materials Physics and Chemistry, 3(1), 6-10 (2015). https://doi.org/10.12691/jmpc-3-1-2
R. Bhati, D.S. Yadav, R.C. Gupta, and A.S. Verma, “Simplistic model for the investigation of mechanical stability parameters of pyrochlore structured solids,” Materials Physics and Mechanics, 51, 90 (2023). http://dx.doi.org/10.18149/MPM.5152023-9
R. Bhati, D.S. Yadav, P. Varshney, R.C. Gupta, and A.S. Verma, “Semi – Empirical predictions for hardness of rare earth pyrochlores; high permittivity dielectrics and thermal barrier coating materials,” East European J. Physics, (1), 222 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-1-29
N. Yadav, D.S. Yadav, P. Varshney, and R.C. Gupta, “Electronic and mechanical properties of chemical bonds (A-O and B-O) in cubic phase A+2B+4O3 perovskite oxides,” American J. Physics and Applications, 11, 80 (2023). https://doi.org/10.11648/j.ajpa.20231104.11
A.S. Verma, R.K. Singh, and S.K. Rathi, “An empirical model for dielectric constant and electronic polarizability of binary (ANB8-N) and ternary (ANB2+NC27-N) tetrahedral semiconductors,” J. Alloys and compound, 486, 795 (2009). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.07.067
A.S. Verma, “Electronic and optical properties of rare earth chalcogenides and pnictides,” Afr. Phys. Rev. 3, 0003(2009). http://lamp.ictp.it/index.php/aphysrev/article/viewFile/248/151
D.V. Singh, and V.P. Gupta, “Bulk moduli of Sm, Eu and Yb monochalcogenides,” Physica Status Solidi (B), 171, K71 (1992). https://doi.org/10.1002/pssb.2221710225
D.S. Yadav, and A.S. Verma, “Electronic, optical and mechanical properties of AIIBVI semiconductors,” International J. Modern Physics B, 26, 1250020 (2012). https://doi.org/10.1142/S0217979212500208
D.S. Yadav, and S.P. Singh, “Electronic properties of aluminium, gallium and indium pinictides,” Physica Scripta, 82, 065705 (2010). https://doi.org/10.1088/0031-8949/82/06/065705
J.C. Phillips, and J.A. Van Vechten, “Spectroscopic analysis of cohesive energies and heats of formation of tetrahedrally co-ordinated semiconductors,” Physical Review B, 2, 2147 (1970). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.2.2147.
B.F. Levine, “d – electron effects on bond susceptibilities and ionicities,” Physical Review B, 7, 2591 (1973). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.7.2591
Moss T S, Relations between the refractive index and energy gap of semiconductors, Physica Status Solidi (b) 131 (1985) 415. https://doi.org/10.1002/pssb.2221310202
A.K. Pathak, and T. Vazhappilly, “Ab initio study on structure, elastic and mechanical properties of lanthanide sesquioxides,” Physica Status Solidi (b), 255, 1700668 (2018). https://doi.org/10.1002/pssb.201700668
D. Richard, L.E. Errico, and M. Renteria, “Structural properties and the pressure-induced C→A phase transition of lanthanide sesquioxides from DFT and DFT+ U calculations,” Journal of Alloys and Compounds, 664, 580-589 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.12.236
Авторське право (c) 2024 Пуджа Ядав, Дірендра Сінгх Ядав, Дхармвір Сінгх, Правеш Сінгх, Аджай Сінгх Верма
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).
