اثر ناخالصی های مختلف پلاتین، آنتیموان، تیتانیوم، مس و آهن بر روی خواص ساختاری و الکترونی نانو لایه دی اکسید قلع با استفاده از اصول محاسبات اولیه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در پژوهش حاضر، به بررسی ویژگی ساختاری و الکترونی نانولایه دی اکسید قلع بااستفاده از بسته ی محاسباتی کوانتوم اسپرسو بر مبنای نظریه ی تابعی چگالی، به کمک رهیافت شبه پتانسیل فوق نرم و تقریب گرادیان تعمیم یافته، پرداخته­ ایم. ساختار خالص این مدل از دی اکسید قلع نیم­ رساناست. هدف از این پژوهش، بررسی اثر ناخالصی­هایی مانند مس،انتیموان، تیتانیم، پلاتین وآهن(دربخش  مغناطیسی) بر خواص ذکر شده ی نانولایه دی اکسید قلع است. بررسی طول پیوندها، ساختار نواری و چگالی حالات نشان می­دهند که افزودن ناخالصی های پلاتین، آنتیموان، تیتانیم و مس باعث بهبودرسانندگی نانولایه دی اکسید قلع می­ شود؛ افزودن آهن همچنین، باعث ایجاد خاصیت مغناطیسی در آن می­ شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of different impurities Pt, Sb, Ti, Cu, and Fe on structural and electronic properties of SnO2 nanolayer from first-principles methods

نویسندگان [English]

  • Somayeh Naseripourtakallo
  • Mahmoud Jafari
Department of Physics, K. N. Toosi University of Technology
چکیده [English]

In the present research, the structural and electronic properties of SnO2 nanolayer have been investigated using Quantum ESPRESSO integrated suite based on density-functional theory using ultrasoft pseudopotential approach and the generalized-gradient approximation. The pure structure of this slab model of SnO2 is semiconductor. The aim of this research is to investigate the effect of the impurities Pt, Sb, Ti, Cu, and Fe (in the magnetic part) on the aforementioned properties of SnO2 nanolayer. Examining the related bond lengths, band structures and density of states indicate that adding Pt, Sb, Ti, and Cu impurities enhances the conductivity of SnO2 nanolayer; adding Fe impurity also induces magnetic properties to the nanolayer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tin dioxide nanolayer
  • Effect of impurity
  • Electronic and structural properties
 
[1]  http;//en.Wikipedi.org/Wiki/Tindioxide, 2008.
[2] k. l. chopra. et al. Thin Solid Films 102, 1-10, 1983.
[3] T. J. Coutts, et al., MRS. Bull. 25, 58 , 2000.
[4] Zhang, Wenjing, Zhiye Lin, Hanxiao Li, Fang Wang, Yujie Wen, Meng Xu, Yang Wang et al. "Surface acidity of tin dioxide nanomaterials revealed with 31 P solid-state NMR spectroscopy and DFT calculations." RSC Advances 11, no. 40 (2021): 25004-25009.
[5] B. Matthias, Ulrike Diebold, Progress in Surface Science 79, 47–154, 2005.     
[6] C. Sevik, and C. Bulutay, phy. Rev. B74,193201, 2006.
[7] B. Thangaraju; Thin Solid Films 402 , 71, 2002.
[8] P.S. Patil; Mater. Chem. Phys. 59, 185-200, 1999.
[9] A.L. Dawar and J.C. Joshi; J. Mater. Sci. 19 ,1-10, 2001.
[10] F.L. Rashid, M.A. Eleiwi، and H.A. Hoshi; International Journal of Innovative Research in Engineering & Science 6, 2 , 66-70. 2013.
[11] A. E. Rakhshani, Y. Makdisi, and H.A. Ramzaniyan; “Electronic and  optical properties of fluorine-doped tin oxide films”; J. Appl. Phys. 83, No. 2 (1998) 1049-1057.    
[12] P. Montmeat; “Thin film membranes for the improvement of gas sensor selectivity” École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
(ENSMSE): Graduate School for Science and Technology، France, 1999.  
[13] R.E. Presley, C.L. Munsee, C.H. Park, D. Hong, J.F. Wager, and D. A. Keszler; “Tin oxide transparent thin-film transistors” J. Phys. D: Appl. Phys. 37 (2014) 2810-2813.   
[14] E. Elangovan and K. Ramamurthi; “Optoelectronic properties of spray deposited SnO2: F thin films for window materials in solar cells”; Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 5, No. 1 (2003) 45-54.         
[15] K.H. Kim, N.M. Park, T.Y. Kim, K.S. Cho, J. I. Lee, H. Y. Chu and G. Y. Sung; “Indium Tin Oxide Thin Films Grown on Polyethersulphone (PES) Substrates by Pulsed-Laser Deposition for Use in Organic Light-Emitting Diodes”; Proc. SPIE 5740، Projection Displays XI ,145-150, 2005.
[16] S. J. Ikhmayies; “Production and characterization of CdS/CdTe thin film photovoltaic solar cells of potential industrial use”; Amman, University of Jordan, 2002.           
[17] W. H. Bloss and W. H. Schock CHOCK; “CdS-CuxS thin film solar cells. In: Photovoltaic and photo electrochemical solar energy conversion”;
New York and London, Nato Advanced Study Institute Series, Plenum Press        (1980)117-156.
[18] V. Geraldo, S. L. V. de Andrade, E.A. de Morals, C. V. Santilli, S. H. Pulcinelli; “Sb doping effect and oxygen adsorption in SnO2 thin films
deposited via sol-gel”; Mat. Res. 6,451-456, 2003.
[19] Internet ; http://www.quantumespresso.org.
[20] Zhang, Yingkai, and Weitao Yang. "Comment on “Generalized gradient approximation made simple”." Physical Review Letters 4077(1114): 410
[21] Bouamra, F., et al. "First principles calculations of magnetic properties of Rh-doped SnO2 (110) surfaces. "Applied Surface Science"261,  71-77, 2013.
[22] Sun, Chenghua, et al. "Formation energies of low-indexed surfaces of tin dioxide terminated by nonmetals. "Solid State Communications 150711, 159-160, 2010.         
[23] Xue, Y. B., and Z. A. Tang. "Density functional study of the interaction of CO with undoped and Pd doped SnO2 (110) surface."
Sensors and Actuators B: Chemical 13471, 104-112, 2001.
[24] Robina, A., et al. "Electronic structure and bonding of small Pd clusters on stoichiometric and reduced SnO2 (110) surfaces." Vacuum 106 , 86-93, 2014.
[25] M. Jafari, S. Naseripour Takallo, Ab Initio Electronic Structure Investigation of Antimony-Doped SnO2 (110) Nanosheet, Iran J Sci Technol Trans Sci , 45:745–751, 2021.                       
[26] S. Idrissi, L. Bahmad, and A. Benyoussef. "Electronic properties of the Rutile-type dioxide SnO2 material doped by sulfur element: DFT study." arXiv preprint arXiv:2108.05156, 2021.