Моделирование дефектной структуры суперъячейки и явления переноса в TlInTe2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Локальное окружение атомов в полупроводниковом соединении TlInTe2 с тетрагональной сингонией исследовано методом теории функционала плотности (DFT). Введение точечного дефекта (вакансий индия) в решетку TlInTe2 моделировалось с использованием суперъячеек. DFT-моделирование электронных свойств (полные и локальные парциальные плотности состояний электронов (РDOS)) проводилoсь как для примитивной ячейки TlInTe2 (16 атомов на элементарную ячейку), так и для дефектной суперячейки TlInTe2\( - {{{\text{V}}}_{{{\text{In}}}}}\) (где \({{{\text{V}}}_{{{\text{In}}}}} - \) вакансия In) состоящей из 32 атомов. DFT-GGA расчеты зонной структуры TlInTe2\( - {{{\text{V}}}_{{{\text{In}}}}}\) показали, что ширина запрещенной зоны (\({{E}_{{\text{g}}}}\)) составляет \({{E}_{{\text{g}}}}\) = 1.21 эВ. Это значение значительно отличается от экспериментального значения. Для корректировки взаимодействия частиц в решетке использовали модель Хаббарда. Рассчитанная DFT-GGA + U (U – потенциал Хаббарда) способом запрещенная зона TlInTe2\( - {{{\text{V}}}_{{{\text{In}}}}}\) составляет \({{E}_{{\text{g}}}} = ~\) 0.97 эВ. Для суперъячейки TlInTe2\( - {{{\text{V}}}_{{{\text{In}}}}}\) вычислены энергии образования вакансии, химический потенциал индия, а также стандартная энтальпия образования TlInTe2. При объяснении влияния различных факторов на явления переноса в TlInTe2, их теплопроводность и электропроводность использованы как DFT-расчетные, так и экспериментальные данные. С учетом экспериментальных данных для кристаллов р-TlInTe2 установлен механизм проводимости в направлении структурных цепочек (с-оси кристалла). В интервале температур \(T\) = 148–430 K оценили величину запрещенной зоны \({{E}_{{\text{g}}}}\) = 0.94 эВ и энергию активации примесной проводимости \({{E}_{t}}\) = 0.1 эВ (при 210–300 К). При температурах \(T\) ≤ 210 К в кристаллах р-TlInTe2 имеет место прыжковая проводимость на постоянном токе. С учетом этого для р-TlInTe2 вычислены следующие физические параметры: плотность состояний, локализованных вблизи уровня Ферми, их энергетический разброс и среднее расстояние прыжков.

Об авторах

М. М. Асадов

Институт катализа и неорганической химии им. М.Ф. Hагиева, Министерство
науки и образования Азербайджана; Научно-исследовательский институт “Геотехнологические
проблемы нефти, газа и химии” АГУНП

Email: mirasadov@gmail.com
Азербайджан, AZ-1143, Баку, пр. Г. Джавида, 113; Азербайджан, AZ-1010, Баку, пр. Азадлыг, 20

С. Н. Мустафаева

Институт физики, Министерство науки и образования Азербайджана

Email: lukichev@ftian.ru
Азербайджан, AZ-1143, Баку, пр. Г. Джавида, 13

С. С. Гусейнова

Институт физики, Министерство науки и образования Азербайджана

Email: lukichev@ftian.ru
Азербайджан, AZ-1143, Баку, пр. Г. Джавида, 13

В. Ф. Лукичев

Физико-технологический институт им. К.А. Валиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lukichev@ftian.ru
Россия, 117218, Москва, Нахимовский просп., 36, корп. 1

Список литературы

  1. Muller D., Eulenberger G., Hahn H. Uber ternare Thalliumchalkogenide mit Thalliumselenidstruktur // Zeitschrift Fur Anorganische Und Allgemeine Chemie, 1973. V. 398. № 2. P. 207–220. https://doi.org/10.1002/zaac.19733980215
  2. Al-Ghamdi A.A., Nagat A.T., Al-Hazmi F.S., Al-Heniti S., Bahabri F.S., Mobarak M.M., Alharbi S.R. Growth and Electrical Characterization of TlInTe2 Single Crystal // Journal of the King Abdulaziz Univ. Sci. 2008. V. 20. P. 27–38.
  3. Ding G., He J., Cheng Z. X., Wang X., Li S. Low lattice thermal conductivity and promising thermoelectric figure of merit of Zintl type TlInTe2 // Journal of Materials Chemistry C. 2018. V. 6. P. 13269-13274. https://doi.org/10.1039/c8tc034
  4. Jana M.K., Pal K., Warankar A., Mandal P., Waghmare U.V., Biswas K. Intrinsic Rattler-Induced Low Thermal Conductivity in Zintl Type TlInTe2 // Journal of the American Chemical Society. 2017. V. 139. № 12. P. 4350–4353. https://doi.org/10.1021/jacs.7b01434
  5. Madelung O. Semiconductors: Data Handbook. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. 3rd edition. 2004. 691 c. ISBN 978-3-642-62332-5
  6. Asadov M.M., Mustafaeva S.N., Mamedov A.N. Dielectric Properties and Heat Capacity of (TlInSe2)1–x(TlGaTe2)x Solid Solutions // Inorganic Materials. 2015. V. 51. № 8. P. 772–778. https://doi.org/10.1134/S0020168515080051
  7. Asadov M.M., Mustafaeva S.N., Guseinova S.S., Lukichev V.F. Ab Initio Calculations of the Electronic Properties and the Transport Phenomena in Graphene Materials // Physics of the Solid State. 2020. V. 62. № 11. P. 2224–2231. https://doi.org/10.1134/S1063783420110037
  8. Asadov M.M., Mustafaeva S.N., Guseinova S.S., Lukichev V.F. Ab initio modeling of the location and properties of ordered vacancies on the magnetic state of a graphene monolayer // Physics of the Solid State. 2021. V. 63. № 5. P. 797–806. https://doi.org/10.1134/S1063783421050036
  9. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Physical Review Letters. V. 77. P. 3865–3868. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
  10. Monkhorst H.J., Pack J.D. Special points for Brillouin-zone integrations // Physical Review B. 1976. V. 13. № 12. P. 5188–5192. https://doi.org/10.1103/physrevb.13.5188
  11. Mustafaeva S.N., Asadov M.M., Guseinova S.S., Dzhabarov A.I., Lukichev V.F. Electronic, dielectric properties and charge transfer in a TlGaS2:Nd3+ single crystal at direct and alternating current // Physics of the Solid State. 2022. Vol. 64. No. 4. P. 432–439. https://doi.org/10.21883/PSS.2022.04.53497.251
  12. Hubbard J. Electron Correlations in Narrow Energy Bands. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1963. V. 276. № 1365. P. 238–257. https://doi.org/10.1098/rspa.1963.0204
  13. Peles A. GGA + U method from first principles: application to reduction–oxidation properties in ceria-based oxides // Journal of Materials Science. 2012. V. 47. № 21. P. 7542–7548. https://doi.org/10.1007/s10853-012-6423-1
  14. Born M., Mayer J.E. Zur Gittertheorie der Ionenkristalle // Zeitschrift für Physik. 1932. Vol. 75. No 1-2. P. 1–18.https://doi.org/10.1007/bf01340511
  15. Mustafaeva S.N., Gasymo Sh.G., Asadov M.M. Electrical properties of TlGaTe2 single crystals under hydrostatic pressure // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2011. V. 72. № 6. P. 657–660. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2011.02.007
  16. Mustafaeva S.N., Gasymo Sh.G., Asadov M.M. DC-Electrical Properties of TlGaTe2 Single Crystals under Hydrostatic Pressure // Physics Research International. 2011. Article ID 513848. P. 1–5. https://doi.org/10.1155/2011/513848
  17. Mustafaeva S.N., Gasymo Sh.G., Asadov M.M. Conductivity anisotropy of a TlGaTe2 chain single crystal under hydrostatic pressure // Physics of the Solid State. 2012. Vю 54. № 1. P. 44–47. https://doi.org/10.1134/s1063783412010246
  18. Mustafaeva S.N., Asadov M.M., Ismaĭlov A.A. Effect of gamma irradiation on the dielectric properties and electrical conductivity of the TlInS2 single crystal // Physics of the Solid State. 2009. V. 51. № 11. P. 2269–2273. https://doi.org/10.1134/s1063783409110122
  19. Мустафаева С.Н., Асадов М.М., Гусейнова С.С., Гасанов Н.З., Лукичев В.Ф. Ab initio расчеты электронных свойств, частотная дисперсия диэлектрических коэффициентов и край оптического поглощения монокристаллов TlInS2 // Физика твердого тела. 2022. Т. 64. Вып. 6. С. 628–638. 10.21883/FTТ.2022.06.52388.299
  20. Job G., Rüffler R. Physikalische Chemie. Vieweg + Teubner Verlag. Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. 2011. ISBN 978-3-8351-0040-4
  21. TlInTe2. ID:mp-22791 // https://materialsproject.org/ materials/mp-22791/
  22. Wakita K., Shim Y., Orudzhev G., Mamedov N., Hashimzade F. Band structure and dielectric function of TlInTe2 // Phys. Status Solidi A, 2006. V. 203. № 11. P. 2841–2844. https://doi.org/10.1002/pssa.200669566
  23. Thermoelectrics Handbook. Macro to Nano. Ed. D.M. Rowe. CRC. Taylor & Francis Group, LLC. Boca Raton, US. (2006). 954 p. ISBN13: 978-0-8493-2264-8.
  24. Sofo J.O., Mahan G.D. Optimum band gap of a thermoelectric material // Physical Review B. 1994. V. 49. № 7. P. 4565–4570. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.4565
  25. Matsumoto H., Kurosaki K., Muta H., Yamanaka S. Systematic investigation of the thermoelectric properties of TlMTe2 (M = Ga, In, or Tl) // Journal of Applied Physics, 2008. V. 104. № 7. P. 073705–4. https://doi.org/10.1063/1.2987471
  26. Wu M., Enamullah, Huang L. Unusual lattice thermal conductivity in the simple crystalline compounds TlXTe2 (X = Ga, In) // Physical Review B. 2019. V. 100. № 7. P. 075207–. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.075207
  27. Mott N.F., Davis E.A. Electronic Processes in NonCrystalline Materials, 2nd ed. (Oxford Univ. Press, New York, 2012). ISBN 978-0-19-964533-6
  28. Shklovskii B.I., Efros A.L. Electronic Properties of Doped Semiconductors. Springer Series in Solid-State Sciences. Heidelberg. 1984. 388 p. ISBN 978-3-662-02405-8

Дополнительные файлы


© М.М. Асадов, С.Н. Мустафаева, С.С. Гусейнова, В.Ф. Лукичев, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».