مطالعه ارتعاشات شبکه ای ونوری نیمه رسانای شبه الماسی CuMn2InSe4

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

ترکیب CuMn2InSe4 با ساختار بلوری چهارضلعی یکی از ترکیبات الماس مانند است که به دلیل وجود یون های مغناطیسی در ساختار آن، دارای خواص مغناطیسی نوری خاصی است. به منظور بررسی خواص ساختاری، نوری و الکترونیکی این ترکیب، محاسبه اصول اول را با روش شبه پتانسیل بر اساس تئوری تابعی چگالی انجام داده ایم. چگالی کل و جزئی حالات برای این ترکیب برای حالت‌های اسپین بالا و پایین مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان‌دهنده مغناطش بالا و هیبریداسیون بالا اوربیتال‌های اتم‌های مس است. نتایج ساختار نواری برای حالت‌های اسپین بالا و پایین، خاصیت نیمه فلزی این ترکیب را ثابت می‌کند. بررسی پراکندگی فونون برای بررسی حالت های نوری و صوتی استفاده شده است. در نهایت، خواص نوری منحصر به فردی برای هدایت الکتریکی، ضریب جذب و بازتاب CuMn2InSe4 مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The optical and lattice vibrational study of diamond like CuMn2InSe4 semiconductor

نویسندگان [English]

  • parastoo salehamin
  • Asghar Esmaeili
Department of physics of Urmia University, Iran
چکیده [English]

Abstract: The CuMn2InSe4 compound with a tetragonal crystal structure is one of the diamond-like compounds which has special magneto-optical properties due to the presence of magnetic ions in its structure. In order to study the structural, optical and electronica properties of this compound, we have performed first-principles calculation with the pseudo-potential method based on density functional theory. The total and partial density of states for this compound has been studied for spin-up and spin-down states. The results indicate a high magnetization and high hybridization of the orbitals of Cu atoms. Band structure results for spin-Up and spin-Down states proves the half-metallic property for this compound. Phonon dispersion investigation has been used to investigate the optical and acoustic modes. Finally, unique optical properties was observed for the electrical conductivity, absorption coefficient and reflectivity of CuMn2InSe4.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Diamond-like semiconductor
  • CuMn2InSe4
  • ab-inito method
  • optical properties
  • phonological properties

مراجع

[1]      X. Fang, Y. Bando, U.K. Gautam, C. Ye, D. Golberg, Inorganic semiconductor nanostructures and their field-emission applications, J. Mater. Chem. 18, 509–522, 2008.
[2]      Y. Li, W. Fan, H. Sun, X. Cheng, P. Li, X. Zhao, Electronic, optical and lattice dynamic properties of the novel diamond-like semiconductors Li2CdGeS4 and Li2CdSnS4, J. Phys. Condens. Matter. 23 ,225401, 2011.
[3]      S. Chen, A. Walsh, X.-G. Gong, S.-H. Wei, Classification of lattice defects in the kesterite Cu2ZnSnS4 and Cu2ZnSnSe4 earth-abundant solar cell absorbers, Adv. Mater. 25 ,1522–1539, 2013.
[4]      D.W. Davies, K.T. Butler, A.J. Jackson, A. Morris, J.M. Frost, J.M. Skelton, A. Walsh, Computational screening of all stoichiometric inorganic materials, Chem. 1 , 617–627, 2016.
[5]      R. Deepika, P. Meena, Preparation and characterization of quaternary semiconductor Cu2NiSnS4 (CNTS) nanoparticles for potential solar absorber materials, Mater. Res. Express. 6,0850b7, 2019.
[6]      Y. Han, R. Khenata, T. Li, L. Wang, X. Wang, Search for a new member of parabolic-like spin-gapless semiconductors: The case of diamond-like quaternary compound CuMn2InSe4, Results Phys. 10 , 01–303, 2018.
[7]      M. Ibáñez, D. Cadavid, R. Zamani, N. Garc\’\ia-Castelló, V. Izquierdo-Roca, W. Li, A. Fairbrother, J.D. Prades, A. Shavel, J. Arbiol, others, Composition control and thermoelectric properties of quaternary chalcogenide nanocrystals: the case of stannite Cu2CdSnSe4, Chem. Mater. 24 , 562–570, 2012.
[8]      P. Baláž, M. Baláž, M.J. Sayagués, A. Eliyas, N.G. Kostova, M. Ka\vnuchová, E. Dutková, A. Zorkovská, Chalcogenide quaternary Cu2FeSnS4 nanocrystals for solar cells: explosive character of mechanochemical synthesis and environmental challenge, Crystals. 7 ,367, 2017.
[9]      D. Shin, B. Saparov, T. Zhu, W.P. Huhn, V. Blum, D.B. Mitzi, BaCu2Sn(S, Se)4: earth-abundant chalcogenides for thin-film photovoltaics, Chem. Mater. 28, 4771–4780, 2016.
[10]    H. Chen, C. Yang, H. Liu, G. Zhang, D. Wan, F. Huang, Thermoelectric properties of CuInTe2/graphene composites, CrystEngComm. 15 , 6648–6651, 2013.
 [11]   X. Wang, Z. Cheng, G. Liu, X. Dai, R. Khenata, L. Wang, A. Bouhemadou, Rare earth-based quaternary Heusler compounds MCoVZ (M= Lu, Y; Z= Si, Ge) with tunable band characteristics for potential spintronic applications, IUCrJ. 4 , 758–768, 2017.
[12]    X.-L. Wang, S.X. Dou, C. Zhang, Zero-gap materials for future spintronics, electronics and optics, NPG Asia Mater. 2 ,31–38, 2010.
[13]    X.L. Wang, Proposal for a new class of materials: spin gapless semiconductors, Phys. Rev. Lett. 100 , 156404, 2008.
[14]    G.E. Delgado, V. Sagredo, Crystal structure of the new diamond-like semiconductor CuMn2InSe4, Bull. Mater. Sci. 39 ,1631–1634., 2016.
[15]    S. Berri, Search for New Half-Metallic Ferromagnets in Quaternary Diamond-Like Compounds I--II2--III--VI4 and I2--II--IV--VI4 (I= Cu; II= Mn, Fe, Co; III= In; IV= Ge, Sn; VI= S, Se, Te), J. Supercond. Nov. Magn. 31 (2018) 1941–1947.
[16]    T. Yang, J. Cao, R. Khenata, Z. Cheng, M. Kuang, X. Wang, Strain effect for the newly discovered spin-gapless diamond-like quaternary-type semiconductor CuMn2InSe4, J. Alloys Compd. 793 , 302–313, 2019.
[17]    G.E. Delgado, P. Grima-Gallardo, L. Nieves, H. Cabrera, J.R. Glenn, J.A. Aitken, Structural characterization of two new quaternary chalcogenides: CuCo2InTe4 and CuNi2InTe4, Mater. Res. 19 , 1423–1428, 2016.
[18]    L. Salik, A. Bouhemadou, K. Boudiaf, F.S. Saoud, S. Bin-Omran, R. Khenata, Y. Al-Douri, A.H. Reshak, Structural, elastic, electronic, magnetic, optical, and thermoelectric properties of the diamond-like quaternary semiconductor CuMn2InSe4, J. Supercond. Nov. Magn. 33 , 1091–1102, 2020.
[19]    J.W. Lekse, M.A. Moreau, K.L. McNerny, J. Yeon, P.S. Halasyamani, J.A. Aitken, Second-harmonic generation and crystal structure of the diamond-like semiconductors Li2CdGeS4 and Li2CdSnS4, Inorg. Chem. 48 ,  7516–7518, 2009.
[20]    J.P. Perdew, K. Burke, Y. Wang, Generalized gradient approximation for the exchange-correlation hole of a many-electron system, Phys. Rev. B. 54 ,16533, 1996.
[21]    P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G.L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, others, QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials, J. Phys. Condens. Matter. 21, 395502, 2009.
نانومقیاس
دوره 9، شماره 4
دی 1401
صفحه 96-103

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 12 شهریور 1401
  • تاریخ بازنگری: 08 آذر 1401
  • تاریخ پذیرش: 26 آذر 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار