Přejít k obsahu


Electronic and optical properties of the SiB2O4 (B=Mg, Zn, and Cd) spinel oxides: An ab initio study with the Tran–Blaha-modified Becke–Johnson density functional

Citace: ALLALI, D., BOUHEMADOU, A., MUHAMMAD ABUD AL SAFI, E., BIN-OMRAN, S., CHEGAAR, M., KHENATA, R., AL-JAARY, A. Electronic and optical properties of the SiB2O4 (B=Mg, Zn, and Cd) spinel oxides: An ab initio study with the Tran?Blaha-modified Becke?Johnson density functional. Physica B, 2014, roč. 443, č. červen 2014, s. 24-34. ISSN: 0921-4526
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Electronic and optical properties of the SiB2O4 (B=Mg, Zn, and Cd) spinel oxides: An ab initio study with the Tran?Blaha-modified Becke?Johnson density functional
Rok vydání: 2014
Autoři: D. Allali , A. Bouhemadou , E. Muhammad Abud Al Safi , S. Bin-Omran , M. Chegaar , R. Khenata , Prof. Ing. Ali H. Reshak Al-Jaary Ph.D.
Abstrakt CZ: Popisujeme výpočty strukturální ab initio hustotu pomocí funkční teorie, elektronických a optických vlastností spinelovvých oxidů SiMg2O4 , SiZng2O4 , a SiCd2O4 za použití metody full-potential linearized augmented plane-wave. Strukturní parametry vypočtené s použitím jak místní hustoty a všeobecné gradientové aproximace s výměnou korelačního potenciálu jsou v souladu s knižnímy daty . Pro výpočet elektronických vlastností , s výměnu korelace potenciálu jsme používali různé funkcionály , a zjistili jsme, že nově vyvinutá teorie Tran?Blaha-modified Becke?Johnson functional theory výrazně zlepšuje výsledky v zakázaném pásmu . Předpokládáme přímé zakázané pásmo u všech uvažovaných SiB2O4 sloučenin , a hodnota zakázaného pásma neustále klesá a atomové velikost prvku B se zvyšuje . Pokles v základním přímém zakázaném pásmu ( ? - ? ) z SiMg2O4 do SiZn2O4 na SiCd2O4 lze připsat na p- d míchání v horních valenčních pásů SiZn2O4 a SiCd2O4 . Nejnižší hodnota vodivostního pásu je také disperzní , podobná jako u transparentních vodivých oxidů , jako je ZnO . Tato skupina je definována hlavně s a p elektronů v Si a B ( B = Mg , Zn , Cd ) atomy . Nejvyšší valenční skupina je podstatně méně disperzní a je definována O - 2p a B -d elektronů.
Abstrakt EN: We report ab initio density functional theory calculations of the structural, electronic and optical properties of the spinel oxides SiMg2O4, SiZng2O4, and SiCd2O4 using the full-potential linearized augmented plane-wave method. The structural parameters calculated using both the local density and generalized gradient approximations to the exchange-correlation potential are consistent with the literature data. To calculate the electronic properties, the exchange-correlation potential is treated with various functionals, and we find that the newly developed Tran?Blaha-modified Becke?Johnson functional significantly improves the band gap. We predict a direct band gap in all of the considered SiB2O4 compounds, and the band gaps continuously decrease as the atomic size of the B element increases. The decrease in the fundamental direct band gap (???) from SiMg2O4 to SiZn2O4 to SiCd2O4 can be attributed to p?d mixing in the upper valence bands of SiZn2O4 and SiCd2O4. The lowest conduction band is well dispersive, similar to that found for transparent conducting oxides such as ZnO. This band is mainly defined by the s and p electrons of the Si and B (B=Mg, Zn, Cd) atoms. The topmost valence band is considerably less dispersive and is defined by O-2p and B?d electrons. The charge-carrier effective masses are evaluated at the topmost valence band and at the bottommost conduction band that were calculated. The frequency-dependent complex dielectric function, absorption coefficient, refractive index, extinction coefficient, reflectivity and electron energy loss function were estimated. We find that the value of the zero-frequency limit of the dielectric function ?(0) increases as the band gap decreases. The origins of the peaks and structures in the optical spectra are determined in terms of the calculated energy band structures.
Klíčová slova

Zpět

Patička