بررسی ویژگی‌های ساختاری، الکترونی و فشارگذار ترکیب GaP در فازهای گوناگون و تحت فشار

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

در این مقاله ویژگی‌های ساختاری، الکترونی و فشار گذار ترکیب GaP در فازهای گوناگون بررسی شده است. محاسبه‌ها با استفاده از روش شبه پتانسیل، در چارچوب نظریۀ تابعی چگالی و با استفاده از کد محاسبه‌های PWscf انجام شده است. شبه‌پتانسیل‌های مورد استفاده با شرایط بارپایسته ساخته شده‌اند و تابعی تبادلی-همبستگی آن‌ها از نوع LDA و GGA می‌باشد. نتیجه‌های به‌دست آمده از تراکم‌پذیری نشان می‌دهد که با افزایش فشار از فاز بلندروی به Cmcm مدول حجمی افزایش یافته در نتیجه ماده سخت‌تر می‌شود. بررسی منحنی‌های انرژی حجم نشان‌دهندۀ شبه پایدار بودن فاز سینابار در ترکیب GaP است. مطالعۀساختار نواری بیانگر این است که این ترکیب در فاز بلندروی و سینابار نیم‌رسانا با گاف نواری غیرمستقیم و در فاز Cmcm  فلز است. همچنین چگالی ابرالکترونی بیانگر کووالانسی بودن پیوند بین اتم‌های Ga وP است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] صالحی ح.، "روش‌های محاسبه‌ای در فیزیک حالت جامد"، انتشارات دانشگاه چمران اهواز، (1386).
[2] Car R., Parrinello M., Unified Aproach for Molecular Dynamics and Density Functional Theory, Phys. Rev. Lett., 55: 2471-2474 (1985).
[3] Ding V., "FP-LMTO PLW- Calculations of Electronic Band Structure for LED Materials: Gallium Phosphide, Zinc Selenide, and Boron Nitride," Valerie Ding, Summa Academy North Beaverton, Oregon
[4] Born M., Oppenheimer R.J., "Max Born and his legacy to condensed matter physics," Ann. Phys, 84: 574 (1927).
[5] Marica R.S., Stuart P.B., "Solid State Physics," Gordon and Breach Science Publishers, (2000).
[6] Oppel M., "DFT–Density functional theory," (2002).
[7] Zallen R., Paul W., Band Structure of Gallium Phosphide from Optical Experiments at High Pressure, Phys. Rev., 134: 6A: 1628 (1964).
[8] Mujica A., Munoz A., Needs R., Theoretical Study of the Cinnabar Phases in GaAs and GaP, Phys. Rev. B, 57: 1344-1347 (1998).
[11] Benalia S., Merabet M., Rached D., Al-Douri Y., Abidri B., Khenata R., Labair M., Band Gap Behavior of Scandium Aluminum Phosphide and Scandium Gallium Phosphide Ternary Alloys and Superlattices, Materials Science in Semiconductor Processing, 31: 493-500 (2015).
[12] Oladimeji D., Malakkal L., Szpunar B., Jossou E., Szpunar J., First Principles Study of Thermo-Mechanical Properties of Gallium Phosphide, International Journal of Metallurgy and Metal Physics, 2(1): 006 (2017).
[13]  Shulumba N., Raza Z., Hellman O., Janzén E., Abrikosov I.A., et al., Impact of Anharmonic Effects on the Phase Stability, Thermal Transport, and Electronic Properties of AlN, Physical Review B, 94: 1-8 (2016).
[14] Bruno C., Silva D., Odilon D.D., Hélio T., Mauricio  M., et al, Optical Absorption Exhibits Pseudo-Direct Band Gap of Wurtzite Gallium Phosphide, Scientific Reports, 10: 7904-7911 (2020).
[15] Yousaf M., Saeed M., Ahmed R., Alsardia M., Isa A.R.M., Shaari A., An Improved Study of Electronic Band Structure and Optical Parameters of X-Phosphides (X= B, Al, Ga, In) by Modified Becke-Johnson Potential, Communications in Theoretical Physics, 58(5): 777-784 (2012).
[16] Soni H.R., Mankad V., Gupta S.D., Gupta S.K., Jha P.K., An Ab Initio Study of Ground State, Electronic and Thermodynamical Properties of GaP and Ga2P, Journal of thermal analysis and calorimetry, 107: 39-44 (2012).
[17] Jiao Z.Y., Ma S.H., Guo Y.L., Simulation of Optical Function for Phosphide Crystals Following the DFT Band Structure Calculations, Computational and Theoretical Chemistry, 970: 79-84 (2011).
[18] Madelung O., Schulz M., Weiss H., Physics of Group IV Elements and III-V Compounds, Landolt-Bornstein: Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology, 17: (1982).
[19] Nelmes R., McMahon M., Structural Transitions in the Group IV, III-V, and II-VI Semiconductors under Pressure, Semiconductors and Semimetals, 54: 145-246 (1998).
[20] Arbouche O., Belgoumène B., Soudini B., Azzaz Y., Bendaoud H., Amara K., First-Principles Study on Structural Properties and Phase Stability of III-Phosphide (BP, GaP, AlP and InP), Computational Materials Science, 47: 685-692 (2010).
[21] توکلی ب.، "بررسی ویژگی‌های الکترونی و ساختاری SrS با استفاده از روش شبه­پتانسیل"، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، (1390).
[22] Mujica A., Rubio A., Munoz A., Needs R.J., High-Pressure Phases of Group-IV, III–V, and II–VI Compounds, Reviews of Modern Physics, 75: 863 (2003).
[23] Garcia A., Cohen M.L., Effect of Ga 3d States on the Structural Properties of GaAs and GaP, Physical Review B, Condensed Matter, 47: (1993).
[24] Kyser D.S., Rehn V., Gallium Phosphide: Observation of the Γ-L Indirect Transition by Electroabsorption, Phys. Rev. Lett., 40: 1038-1040 (1978).