Дослідження сполук TlX та BX (X= N, P, As) на основі DFT: порівняльний огляд структурної, електронної та оптичної поведінки
Анотація
У цій роботі представлено детальне теоретичне дослідження структурних, електронних та оптичних властивостей сполук на основі талію (TlIX) та бору (BX), де X = N, P, As, у кристалічній структурі цинкової суміші. Розрахунки з перших принципів були виконані з використанням теорії функціоналу густини (DFT) в узагальненому градієнтному наближенні (GGA). Отримані результати показують, що сполуки на основі Tl демонструють нижчі загальні енергії порівняно зі сполуками BX, що вказує на вищу структурну стабільність. З точки зору електронної поведінки, сполуки BX зберігають свою напівпровідникову природу. На відміну від цього, сполуки TlX демонструють металеві або майже металеві характеристики через відсутність енергетичної щілини на рівні Фермі. Крім того, оптичні дослідження показують, що сполуки TlX мають вищі статичні показники заломлення та сильніші характеристики поглинання в області низьких енергій. Ці результати підкреслюють потенціал сполук на основі Tl для майбутнього застосування в оптоелектронних та фотонних пристроях. Загалом, це порівняльне дослідження надає цінні знання для розробки передових матеріалів для електронних та енергетичних технологій.
Завантаження
Посилання
A.M, Satawara, G.A. Shaikh, S.K. Gupta, and P.N. Gajjar, “Structural, electronic and optical properties of hexagonal boron-nitride (h-BN) monolayer: An Ab-initio study,” Material Today: Proceedings, 47(10), 529-532 (2020). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.589
D. Allali, B. Abdelmajid, S.E. Saber, D. Bahri, F. Zerarga, R. Amari, M. Radjai, et al. “Afirst-principles investigation on the structural, electronic and optical characteristics of tetragonal compounds XAgO (X = Li, Na, K, Rb),” Computational Condensed Matter. 38, e00876 (2024). https://doi.org/10.1016/j.cocom.2023.e00876
N. Saidi-Houat, A. Zaoui, and M. Ferhat, “Structural Stability of Thallium–V Compounds,” Journal of Physics: Condensed Matter, 19(10), 106221 (2007). https://doi.org/10.1088/0953-8984/19/10/106221
C. Ambrosch-Draxi, and J.O. Sofo, “Linear optical properties of solids within the full- potential linearized augmented plane wave method,” Computer Physics Communications, 175, 1-14 (2006). https://doi.org/10.1016/j.cpc.2006.03.005
J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized Gradient Approximation Made Simple,” Physical Review Letters, 77, 3865–3868 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
Y. Megdoud, Y. Benkrima, L. Tairi, R. Meneceur, S. Ghemid, and H. Meradji, Functional materials, 31(2), 232-251 (2024). https://doi.org/10.15407/fm31.02.232
F.D. Murnaghan, “The compressibility of media under extreme pressures,” Proceedings of the national Academy of Sciences, 30(9), 244-247 (1944). https://doi.org/10.1073/pnas.30.9.244
P. Blaha, K. Schwarz, G.K.H. Madsen, D. Kvasnicka, and J. Luitz, WIEN2K: An Augmented Plane Wave plus Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties, (J. Techniche Universtät Wien,Wien. Austria, 2001).
Alleg Abdelakader, Benamara Ahmed, Moulay Noureddine, Berrahal Mokhtar, Zoukel Abdelhalim; Mansour Omar, Bensaid Djillali, Azzaz Yahia, Y. Al-Douri, Solid State Communications 380, 115435 (2024). https://doi.org/10.1016/j.ssc.2024.115435
H.J. Monkhorst, and J.D. Pack, “Special points for Brillouin-zone integrations,” Phys. Rev. B, 13, 5188-5192 (1976). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188
H. Allaf, M. Radjai, D. Allali, A. Bouhemadou, S.S. Essaoud, S.B. Omran, R. Khenata, and Y. Al-Douri, “Ab initio predictions of pressure-dependent structural, elastic, and thermodynamic properties of CaLiX3 (X = Cl, Br, and I) halide perovskites,” Computational Condensed Matter, 37, E00850 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cocom.2023.e00850
D. Allali, R. Amari, A. Bouhemadou, A. Boukhari, B. Deghfel, S.S. Essaoud, S. Bin-Omran, et al. “Ab initio investigation of structural, elastic, and thermodynamic characteristics of tetragonal XAgO compounds (X = Li, Na, K, Rb),” Physica Scripta, 98, 115905 (2023). https://doi.org/10.1088/1402-4896/acfbfe
J.I. Al-Hawarin, A.-A. Abu-Yamin, Abd Al-Aziz A. Abu-Saleh, I.A.M. Saraireh, M.H. Almatarneh, M. Hasan, O.M. Atrooz, et al. “Synthesis, Characterization, and DFT Calculations of a New Sulfamethoxazole Schiff Base and Its Metal Complexes,” Materials, 16(14), 5160 (2023). https://doi.org/10.1088/1402-4896/acfbf
R. Samia, A. Yahia, B. Ahmed, B. Mokhtar, M. Noureddine, L. Mohamed, B. Djillali, et al. “Electronic, elastic and piezoelectric properties calculations of perovskites materials type BiXO3(X = Al, Sc): DFT and DFPT investigations,” Chemical Physics, 573, 111998 (2023). https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2023.111998
M. Farzan, S.M. Elahi, H. Salehi, and M.R. Abolhassani, “A Comparison of the~Structural, Electronic, Optical and Elastic Properties of Wurtzite, Zinc-Blende and Rock Salt TlN: A DFTStudy,” Acta Phys. Pol. A, 130(3), 758–768 (2016). https://doi.org/10.12693/APhysPolA.130.758
A. El Hassasna, and A. Bechiri, “Electronic and Elastic Properties of TlX (X = N, P, As and Sb) in Zinc-Blende Structure,” Solid State Phenom. 297, 82–94 (2019). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.297.82
K. Bencherif, A. Yakoubi, and H. Mebtouche, “Structural and Electronic Properties of the BN, BP and BAs in the Different Phases of Zinc-Blende, NaCl and CsCl,” Acta Phys. Pol. A, 131(1), 209–212 (2017). https://doi.org/10.12693/aphyspola.131.209
R.M. Wentzcovitch, M.L. Cohen, and P.K. Lam, “Theoretical study of BN, BP, and BAs at high pressures,” Phys. Rev. B, 36(11), 6058 (1987). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.36.6058
M. Van Shilfgaarde, A.-B. Chen, S.S.A. Krishnamurthy and A. Sher, “InTlP – a proposed infrared detector material,” Appl. Phys. Lett. 65, 2714–2716 (1994). https://doi.org/10.1063/1.112567
N. Saidi-Houat, A. Zaoui, and M. Ferhat, “Ab initio study of the fundamental properties of novel III-V nitride Alloys Ga1-xTlxN,” Materials Science and Engineering B, 162, 26-31 (2009). https://doi.org/10.1016/j.mseb.2009.01.031
H.M. Mazouz, A. Belabbes, A. Zaoui, and M. Ferhat, “First-principles study of lattice dynamics in thallium-V compounds,” Superlatices and Microstructures, 48, 560-5568 (2010). https://dx.doi.org/10.1016/j.spmi.2010.09.012
B.B. Bouiadjra, N. Mehnane, and N. Oukli, “First principles calculation of structural, electronic and optical properties of (001) and (110) growth axis (InN)/(GaN)n superlattices,” Revista Mexicana de Fisica, 67(1), 7-17 (2021). https://doi.org/10.31349/RevMexFis.67.7
R. Riane, Z. Boussahla, S.F. Matar, and A. Zaoui, “Structural and Electronic Properties of Zinc Blende-type Nitrides BxAl1–xN,” Z. Naturforsch. 63(9), 1069-1076 (2008). https://doi.org/10.1515/znb-2008-0909
S. Adachi, Properties of Group IV, III–V and II–VI Semiconductors, (John Wiley & Sons, 2005). https://doi.org/10.1002/0470090340
A. Said, M. Debbichi, and M. Said, “Theoretical study of electronic and optical properties of BN, GaN and BxGa1−xN in zinc blende and wurtzite structures,” Optik, 127(20), 9212–9221 (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2016.06.103
H. Meradji, S. Drablia, S. Ghemid, H. Belkhir, B. Bouhafs, and A. Tadjer, “First‐principles elastic constants and electronic structure of BP, BAs, and BSb,” Phys. Status Solidi B, 241(13), 2881–2885 (2004). https://doi.org/10.1002/pssb.200302064
P. Rodriguez-Hernandez, M. Gonzalez-Diaz, and A. Munoz, Phys. Rev. B, 51, 14705 (1995). https://doi.org/10.1103/physrevb.51.14705
A. Zaoui, M. Ferhat, B. Khelifa, J.P. Dufour, and H. Aourag, “Correlation between the Ionicity Character and the Charge Density in Semiconductors,” Phys. Stat. Sol. (b), 185, 163-169 (1994). https://doi.org/10.1002/pssb.2221850112
H. Belghoul, M. Oukli, F. Moulay, K. Ghlam, and H. Abid, “First-principles calculations to investigate structural, electronic and optical properties of BN by inserting an ultrathin XY(X = B, Al and Y= Bi, P, N) layer to form short-period (XY)1/(BN)1 superlattice,” Optoelectronics and Advanced Materials,” 18(7-8), 363-382 (2024).
S.E. Gulebaglan, E.K. Dogan, M. Aycibin, M.N. Secuk, B. Erdinc, and H. Akkus. “Structural and electronic properties of zincblende phase of TlxGa1−xAsyP1−y quaternary alloys: First-principles study,” Cent. Eur. J. Phys. 11(12), 1680-1685 (2013). https://doi.org/10.2478/s11534-013-0314-1
S.Q. Wang. H.Q. Ye, “,” Phys. Rev. B, 66, 235111 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.235111
Y. Al-Douri, B. Merabet, H. Abid, and R. Khenata, “First-principles calculations to investigate optical properties of ByAlxIn1−x−yN alloys for optoelectronic devices,” Superlattice and Microstructures, 51, 404-411 (2012). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2012.01.004
S. Alnujaim, A. Bouhemadou, M. Chegaar, A. Guechi, S. Bin-Omran, R. Khenata, Y. Al-douri, W. Yang. and H. Lu, “Density functional theory screening of some fundamental physical properties of Cs2InSbCl6 and Cs2InBiCl6 double perovskites,” The European Physical Journal B, 95, 114 (2022). https://doi.org/10.1140/epjb/s10051-022-00381-2
M. Merabet, S. Benalia, L. Djoudi, O. Cheref, N. Bettahar, D. Rached, R. Belacel, Chinese Journal of Physics 60, 462 (2019). https://doi.org/10.1016/j.cjph.2019.05.026.
C. Ambrosch-Draxl, and J.O. Sofo, “Linear optical properties of solids within the full-potential linearized augmented planewave method,” Computer Physics Communications, 175, 1-14 (2006). https://doi.org/10.1016/j.cpc.2006.03.005
D.P. Rai, Sandeep, A. Shankar, A.P. Sakhya, T.P. Sinba, P. Grima-Gallardo, H. Cabrera, R. Khenata, et al. “Electronic, optical and thermoelectric properties of bulk and surface (001) CuInTe2: A first principles study,” Journal of Alloys and Compounds, 699, 1003-1011 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.12.443
A. El Hassasna, and A. Bechiri, “Electronic and Elastic Properties of TlX (X= N, P, As and Sb) in zinc-Blende Structure,” Solid State Phenomena, 297, 82-94 (2019). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.297.82
S. Ding, H. Zhang, R. Dou, W. Liu, D. Sun, and Q. Zhang, “Theoretical and Experimental studies of electronic, optical and luminescent properties for Tl-based garnet materials,” J. Solid State Chem. 263, 123-130 (2018). https://doi.org/10.1016/J.JSSC.2018.04.028
B. Song, et al. “Optical Properties of cubic boron arsenide,” Applied Physics Letters, 116, 141903 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0004666
X. Huang, Q. Cao, M. Wan, and H.-Z. Song, “Electronic and optical properties of BP, InSe mono layer and BP/InSe Heterojunction with promising photo electronic performance,” Materials, 15, 6214 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15186214
M.M. Nobahari, “Electro-optical properties of strained mono layer boron phosphide,” Scientific-Reports, 13, 9849 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-37099-9
E. da Silva Barboz, A.A. Dias, L. Graco, S.S. Carara, D. Da Costa, and T.A.S. Pereira. “Electronic, excitonic, and optical properties of zinc blende boron arsenide tuned by hydrostatic pressure,” ACS Omega, 9, 47710-47718 (2024). https://doi.org/10.1021/ACSOMEGA.4C07598
C. Zhang, S. Mahadevan; J. Yuan, J.K. Wai, H.Y. Gao, W. Liu, H. Zhong, et al. “Unraveling Urbach Tail Effects in High-Performance Organic Photovoltaics: Dynamic vs Static Disorder,” ACS Energy Lett. 7(6), 1971-1979 (2022). https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c00816
A. Lamichhane, “Energy–Gap–Refractive Index Relations in Semiconductors—Using Wemple–DiDomenico Model to Unify Moss, Ravindra, and Herve–Vandamme Relationships,” Solids, 4(4), 316–326 (2023). https://doi.org/10.3390/solids4040020
L. Artús. M. Feneberg, C. Attaccalite, J.H. Edgar, J. Li, R. Goldhahn, and R. Cuscó, “Ellipsometry Study of Hexagonal Boron Nitride Using Synchrotron Radiation: Transparency Window in the Far-UVC,” Adv. Photonics Res. 2(4), 2000101 (2021). https://doi.org/10.1002/adpr.202000101
A. Zaoui, and F. El Haj Hassan, “Full potential linearized augmented plane wave calculations of structural and electronic properties of BN, BP, BAs and BSb,” J. Phys. Condens. Matter, 13, 253 (2001). https://doi.org/10.1088/0953-8984/13/2/303
Авторське право (c) 2025 Абед Зуліха, Лачабі Абдельхаді, Абделалі Лаїд
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).
