محاسبات ابتدا به ساکن ویژگی‌های ساختاری، الکترونی، اپتیکی، دینامیکی و ترمودینامیکی ترکیب CuSbTe2

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه فیزیک، دانشکدۀ علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

2 دانشجوی دکتری، گروه فیزیک، دانشکدۀ علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

چکیده

در این مقاله ویژگی‌های ساختاری، الکترونی، اپتیکی، دینامیکی و ترمودینامیکی ترکیب CuSbTe2 با استفاده از بستة محاسباتی کوانتوم اسپرسو با تقریب‌های LSDA و GGA در چارچوب نظریة تابعی چگالی انجام شده است. چگالی حالت‌های الکترونی سطح فرمی را قطع می‌کند که نشان دهندة رفتار فلزی این ترکیب است. قله هایی که در نمودار چگالی حالت ها در بازة انرژی از صفر تا 2 الکترون ولت وجود دارد ناشی از همپوشانی اربیتال های p اتم تلوریم و اربیتال s اتم آنتیموان است. برای ترکیب CuSbTe2 خواص دینامیکی مانند نمودار پاشندگی فونونی و چگالی حالت‌های فونونی و ویژگی‌های ترمودینامیکی مانند ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت و آنتروپی محاسبه شده‌اند. ظرفیت گرمایی در حدود دمای اتاق به R48 می‌رسد و در دماهای بالا ثابت است که سازگاری خوبی با تجربه دارد. عدم وجود بسامد‌های فونونی منفی نشان دهندۀ پایداری این ترکیب است. در نمودار سهم موهومی تابع CuSbTe2 مشاهده می‌شود در راستاهای x، y و z سهم موهومی تابع دی‌الکتریک فاقد گاف اپتیکی است و در انرژی صفر مقدار گاف اپتیکی صفر نبوده و دارای مقادیر 2، 5 و 4 به‌ترتیب در راستاهای x، y و z است. همچنین خواص ترموالکتریکی مانند ضریب سیبک برای این ترکیب بر حسب دما محاسبه شده است که در دمای اتاق (K 300) مقدار آن 5/5 میکروولت بر کلوین است.هیچ داده نظری و تجربی برای مقایسه خواص مختلف این ترکیب در دسترس نیست.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Ab initio calculation of structure ,electronic ,optical and thermodynamic properties of CuSbTe2

نویسندگان [English]

  • Hamdollah salehi 1
  • Rohollah Zare Hasanabad 2
1 Associate Professor, Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
2 Ph. D. graduate, Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

In this paper we investigated the structural, electronic, optical, dynamic and thermodynamic properties of CuSbTe2 compound by using quantum espresso computational package within density functional theory framework with GGA and mBJ approximations. Density of states crosses the fermi surface that illustrates the metal behavior of this compound. For CuSbTe2 compound the dynamic properties such as phonon dispersion and phonon density of states curves are calculated. Specific heat capacity at constant volume at room temperature reached 48R and at high temperatures is constant which have a good compatibility with experience. The absence of negative phonon frequencies shows the stability of this compound. Thermoelectric properties such as seeback coefficient for CuSbTe2 compound at room temperature (300K) are calculated and its value is 5.5μV/K.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Density functional theory
  • optical properties
  • phonon frequencies
  • CuSbTe2
[1] Soliman.L.I, Soad .A.M, Zayed .H.A and  Ghfar.S.A, "Structural and electrical properties of CuSbTe2, CuSbSe2 and CuSbS2 chalcogenide this films," Fizika A 11 (4), pp.139-152,2002.
[2] Kumar .M and Persson.C, “CuSbS2 and CuBiS2 as potential absorber materials for thin-film solar cells”, Journal of Renewable and Sustainable Energy 5, pp.031616,2013.
[3] Belhadj.M,Tadjer.A,Abbar.B, Bousahla.Z, and Aourag.H, “Structural, electronic and optical calculations of Cu(In, Ga)Se2 ternary chalcopyrites”, Physica status solidi (b) 241, pp.2516-2528,2004.
[4] Li .D and Qin.X.Y, “Thermoelectric properties of CuSbSe2 and its doped compounds by Ti and Pb at low temperatures from 5 to 310 K”, Journal of applied physics 100, pp.023713 ,2006.
[5]Tang.D,Yang.J,Liu.F,Lai.Y, and Liu.Y, “Growth and characterization of CuSbSe2 thin films prepared by electrodeposition”, Electrochimica Acta 76, pp. 480-486,2012.
[6] Kumar.V , Kanchana.V, Vaitheeswaran.G,  Svane.A, and Christensen.N, “Thermoelectric properties of chalcopyrite type CuGaTe2 and chalcostibite CuSbS2,” Journal of Applied Physics 114 (22), pp. 223707 ,2013.
[7] Nielsen.M, Ozolins.V and  Heremans.J, “Lone pair electrons minimize lattice thermal conductivity”, Energy & Environmental Science 6 (2), pp. 570-578,2013.
[8] Nielsen.M.D,Ozolins.V,Heremans.j.P, “Lone pair electrons minimize the lattice thermal conductivity supplementary information”, Electronic Supplementary Material (ESI) for Energy ,2013.
[9] http://www.quantum-espresso.org.
[10]  Perdew.J, K. Burke.k and Wang.Y, "Generalized gradient approximation for the exchange-correlation hole of a many-electron system," Physical Review B 54 (23), pp.533-534,1996.
[11] Perdew.J and Wang.Y, "Pair-distribution function and its coupling-constant average for the spin-polarized electron gas" Physical Review B 46 (20), 1992.
[12] Correia .Pand Carvalho.J, “Recovery of phenol from phenolic resin plant effluents by emulsion liquid membranes”, Journal of Membrane Science, 225 (1), pp.41-49 ,2003.
[13] Tao.J, Perdew.J, Staroverov.V, and Scuseria.G, “Climbing the density functional ladder: Nonempirical meta–generalized gradient approximation designed for molecules and solids”, Journal of Physical Review Letters, 91 (14), pp. 146401,2003.
[14] Sharp.R and  Horton.G, “A variational approach to the unipotential many-electron problem”, Journal of Physical Review, 90 (2), pp.317 ,1953.
[15] Fiolhais.C, Nogueira.F, and Marques.M, “A primer in density functional theory”, Springer Science & Business Media, 2003.
[16] P. Blaha.P, Schwarz.K, Madsen.G, D.Kvasnicka and Luitz.J, "Wien2k ," An augmented plane wave+ local orbitals program for calculating crystal properties 2011.
[17]Giannozzi.P and Baroni.S, "Density-functional perturbation theory", in Handbook of Materials Modeling , pp.195-214,2005.
[18] Baroni.S, Giannozzi.P, and Eyvaz. I, "Thermal properties of materials from ab-initio
quasi-harmonic phonons," arXiv preprint arXiv:1112.4977 ,2011.
[19]http://Levilenz.com/BoltzTrap/BoltzTrap_Totorial.zip.
[20] Zhou.J,Qing.G, uZhu.O,Zhang.Y, YingLi.C and Dai.J, “Solvothermal crystal growth of CuSbQ2(Q=S,Se) and the correlation between macroscopic morphology and microscopic structure”, Journal of solid state chemistry 182, pp. 259-264,009.
[21]Cairns.A.B and Goodwin.A.L, “Negative linear compressibility”, cond.mat.mtr, 1,2015.
 [22]Hwang.E and Sarma.S. D, “Dielectric function, screening, and plasmons in two-dimensional grapheme”, Phys.Rev. B 75 (20), pp.205418,2007.
[23] Haug .H and  Koch.S.W, “Quantum theory of the optical and electronic properties of semiconductors”, World Scientific Publishing Co Inc,2009.
 [24] Ambrosch-Draxl .Cand Sofo.J.O, “linear optical properties of solids within the full-potential linearized augmented planewave method”, Comput. Phys.Commun.175 (1), pp. 1-14,2006.
 [25] Dresselhaus.M, “Solid State Physics Part II Optical Properties of Solids”, 2001.