Khảo sát tính chất điện tử và tính toán đặc tính cơ học - quang học cho các cấu trúc mới của vật liệu thiếc sulfide và thiếc selenide cho ứng dụng quang điện tử
,
,
và
Article Sidebar
Full Text: 
PDF
Abstract
In this study, a detailed investigation of the electronic, mechanical and optical properties of two novel structures (g-Pnma and p-cubic) of SnS and SnSe are performed and then compared to the basic structure a-Pnma. Via density functional theory, our two novel structures exhibit favorable energetic stability close to the basic structure a-Pnma and good mechanical durability. Band structure and optical properties of the new layered g-Pnma structure demonstrate their potential application in photovoltaic and optical detectors, similar to the conventional a-Pnma structure. Besides, the p-cubic structure can be useful for photovoltaic application.
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, các đặc tính điện tử, cơ học và quang học của hai dạng cấu trúc mới (g-Pnma và p-cubic) cho vật liệu SnS và SnSe đã được khảo sát và so sánh với cấu trúc cơ bản a-Pnma. Bằng tính toán lý thuyết phiếm hàm mật độ, các hệ cấu trúc mới cho thấy độ bền vững về năng lượng gần với hệ cơ bản a-Pnma và có độ bền cơ học tốt. Cấu trúc vùng năng lượng và các đặc tính quang học thể hiện rằng cấu trúc mới g-Pnma có khả năng ứng dụng cao trong pin quang điện và detector quang học, tương tự như cấu trúc a-Pnma. Riêng cấu trúc p-cubic thì có thể được phát triển ứng dụng về thiết bị quang điện.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Tài liệu tham khảo
Abutbul, R. E., Segev, E., Zeiri, L., Ezersky, V., Makov, G., & Golan, Y. (2016). Synthesis and properties of nanocrystalline π-SnS–a new cubic phase of tin sulphide. RSC advances, 6(7), 5848-5855. https://doi.org/10.1039/C5RA23092F
Abutbul, R. E., Segev, E., Argaman, U., Makov, G., & Golan, Y. (2018). π‐Phase Tin and Germanium Monochalcogenide Semiconductors: An Emerging Materials System. Advanced Materials, 30(41), 1706285. https://doi.org/10.1002/adma.201706285
Antunez, P. D., Buckley, J. J., & Brutchey, R. L. (2011). Tin and germanium monochalcogenide IV–VI semiconductor nanocrystals for use in solar cells. Nanoscale, 3(6), 2399-2411. https://doi.org/10.1039/C1NR10084J
Avellaneda, D., Sánchez-Orozco, I., Martínez, J. A. A., Shaji, S., & Krishnan, B. (2018). Thin films of tin sulfides: Structure, composition and optoelectronic properties. Materials Research Express, 6(1), 016409. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aae3a9
Banai, R.E., Burton, L.A., Choi, S.G., Hofherr, F., Sorgenfrei, T., Walsh, A., To, B., Cröll, A. and Brownson, J.R.S. (2014). Ellipsometric characterization and density-functional theory analysis of anisotropic optical properties of single-crystal α-SnS. Journal of Applied Physics, 116(1), 13511. https://doi.org/10.1063/1.4886915
Born, M., & Huang, K. (1996). Dynamical theory of crystal lattices (pp. 129–154). Oxford university press. https://doi.org/10.1093/oso/9780192670083.001.0001
Chakraborty, D., Berland, K., & Thonhauser, T. (2020). Next-generation nonlocal van der Waals density functional. Journal of Chemical Theory and Computation, 16(9), 5893-5911. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.0c00471
Chattopadhyay, T., Werner, A., Von Schnering, H. G., & Pannetier, J. (1984). Temperature and pressure induced phase transition in IV-VI compounds. Revue de Physique Appliquée, 19(9), 807-813. https://doi.org/10.1051/rphysap:01984001909080700
Chen, Z. G., Shi, X., Zhao, L. D., & Zou, J. (2018). High-performance SnSe thermoelectric materials: Progress and future challenge. Progress in Materials Science, 97, 283-346. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.04.005
Giannozzi, P., Andreussi, O., Brumme, T., Bunau, O., Nardelli, M. B., Calandra, M., ... & Baroni, S. (2017). Advanced capabilities for materials modelling with Quantum ESPRESSO. Journal of physics: Condensed matter, 29(46), 465901. https://doi.org/10.1088/1361-648X/aa8f79
Gillespie, R. J. (1963). The valence-shell electron-pair repulsion (VSEPR) theory of directed valency. Journal of Chemical Education, 40(6), 295.
https://doi.org/10.1021/ed040p295
Koteeswara Reddy, N., Devika, M., & Gopal, E. S. R. (2015). Review on tin (II) sulfide (SnS) material: synthesis, properties, and applications. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 40(6), 359-398. https://doi.org/10.1080/10408436.2015.1053601
Kumar, M., Rani, S., Singh, Y., Gour, K.S. and Singh, V.N. (2021). Tin-selenide as a futuristic material: properties and applications. RSC advances, 11(12), 6477-6503. https://doi.org/10.1039/D0RA09807H
Lee, K., Murray, É. D., Kong, L., Lundqvist, B. I., & Langreth, D. C. (2010). Higher-accuracy van der Waals density functional. Physical Review B, 82(8), 081101. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.081101
Li, Z., Wu, Z., Feng, M., Wang, X., Lu, W., Yan, B., Yan, H. J., Hu, J. S., & Xue, D. J. (2023). Crystal Stability Determination of GeSe Allotropes. The Journal of Physical Chemistry C, 127(22), 10777-10783. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c01354
Makinistian, L., & Albanesi, E. A. (2006). First-principles calculations of the band gap and optical properties of germanium sulfide. Physical Review B, 74(4), 045206. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.045206
Monkhorst, H. J., & Pack, J. D. (1976). Special points for Brillouin-zone integrations. Physical review B, 13(12), 5188. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188
Mouhat, F., & Coudert, F. X. (2014). Necessary and sufficient elastic stability conditions in various crystal systems. Physical review B, 90(22), 224104. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.224104
Nabi, Z., Kellou, A., Mecabih, S., Khalfi, A. and Benosman, N. (2003). Opto-electronic properties of rutile SnO2 and orthorhombic SnS and SnSe compounds. Materials Science and Engineering: B, 98(2), 104-115. https://doi.org/10.1016/S0921-5107(02)00386-0
Nguyen, L. T., & Makov, G. (2022). GeS Phases from First-Principles: Structure Prediction, Optical Properties, and Phase Transitions upon Compression. Crystal Growth & Design, 22(8), 4956-4969. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.2c00497
Patel, K., Chauhan, P., Patel, A. B., Solanki, G. K., Patel, K. D., & Pathak, V. M. (2020). Orthorhombic SnSe nanocrystals for visible-light photodetectors. ACS Applied Nano Materials, 3(11), 11143-11151. https://doi.org/10.1021/acsanm.0c02301
Perdew, J. P., Burke, K., & Ernzerhof, M. (1996). Generalized gradient approximation made simple. Physical review letters, 77(18), 3865. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
Prandini, G., Marrazzo, A., Castelli, I. E., Mounet, N., & Marzari, N. (2018). Precision and efficiency in solid-state pseudopotential calculations. npj Computational Materials, 4(1), 72. https://doi.org/10.1038/s41524-018-0127-2
Rehman, S. U., Butt, F. K., Tariq, Z., Haq, B. U., Lin, G., & Li, C. (2019). Cubic Germanium monochalcogenides (π-GeS and π-GeSe): emerging materials for optoelectronic and energy harvesting devices. Solar Energy, 185, 211-221. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.03.090
Shi, W., Gao, M., Wei, J., Gao, J., Fan, C., Ashalley, E., Li, H., & Wang, Z. (2018). Tin selenide (SnSe): growth, properties, and applications. Advanced Science, 5(4), 1700602. https://doi.org/10.1002/advs.201700602
Thảo, P. T. B., Vy, N. T. T., Hào, H. N., & Luân, T. M. (2022). Nghiên cứu đặc tính điện tử và phổ hấp thụ của chấm lượng tử penta-graphene. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 58(1), 95-105. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2022.010
Thảo, P. T. B., Hoàng, H. T., An, T. T., Vinh, N. C. Đ., & Tiên, N. T. (2024). Nghiên cứu mô phỏng tính chất quang điện tử của các chấm lượng tử dựa trên vật liệu PdSe2 đơn lớp dạng ngũ giác pha tạp đơn và đôi nguyên tử. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 60(2), 41-52. https://doi.org/10.22144/ctujos.2024.257
Wang, X., Li, Y., Pang, Y. X., Sun, Y., Zhao, X. G., Wang, J. R., & Zhang, L. (2018). Rational design of new phases of tin monosulfide by first-principles structure searches. Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 61, 1-7.
Zakay, N., Schlesinger, A., Argaman, U., Nguyen, L., Maman, N., Koren, B., Ozeri, M., Makov, G., Golan, Y., & Azulay, D. (2023). Electrical and Optical Properties of γ-SnSe: A New Ultra-narrow Band Gap Material. ACS applied materials & interfaces, 15(12), 15668-15675. https://doi.org/10.1021/acsami.2c22134
Zhou, D., Li, Q., Zheng, W., Ma, Y., & Chen, C. (2017). Structural metatransition of energetically tangled crystalline phases. Physical Chemistry Chemical Physics, 19(6), 4560-4566. https://doi.org/10.1039/C6CP07605J
Zi, Y., Zhu, J., Hu, L., Wang, M., & Huang, W. (2022). Nanoengineering of tin monosulfide (SnS)‐based structures for emerging applications. Small Science, 2(3), 2100098. https://doi.org/10.1002/smsc.202100098