نوع مقاله : پژوهشی
نویسنده
هیات علمی دانشگاه صنعتی شیراز
چکیده
ما یک بررسی مقایسهای بر اساس نظریه تابع چگالی (DFT) را ارائه میدهیم که اثر تقریبهای مختلفی نظیر تابع تبادل-همبستگی، پتانسیل هابارد U، تصحیح TB-mBJ و کرنش ثابت شبکه بهینهشده بر روی خواص ساختاری و الکترونیکی ترکیب NaTiAs را بررسی میکند. در ابتدا، با استفاده از بستة WIEN2k مبتنی برDFT انرژی کل در برابر حجم سلول واحد را برای ساختارهای نیمههویسلر فرومغناطیسی، آنتیفرومغناطیسی و غیرمغناطیسی مقایسه میکنیم تا فاز پیکربندی و حالت مغناطیسی پایدارتر را بدست آوریم. محاسبات نشان میدهند که ترکیب نیمههویسلر ما در فاز و حالت فرومغناطیسی پایدارتر است. سپس، ما خواص ساختاری و الکترونیکی را با استفاده از تابعهای تبادل-همبستگیLDA ، PBEsol، WC و PBE بررسی میکنیم. پس از رسم ساختار نواری برای حالت های اسپینی بالا و پایین نتایج ما نشان میدهند که هیچ یک از تابعهای تبادل-همبستگی نمیتوانند به نیمهفلزی بودن ترکیب منجر شوند. اما وقتی از دیدگاه و با پارامترسازی PBE استفاده میکنیم، نتایج نشان میدهند که در یکی از کانالهای اسپینی ساختار نواری سطح فرمی را قطع می کند و خاصیت فلزی از خود نشان می دهد اما در کانال اسپینی دیگر، ساختار نواری داری یک گاف انرژی میباشد و شبیه به یک نیمرسانا رفتار میکند، این رفتار نیمهفلزی ترکیب را نشان میدهد و مقدار گشتاور مغناطیسی کل برابر با میباشد. علاوهبراین، با اعمال حداقل 2 درصد کرنش به ثابت شبکه بهینهشده، به نیمهفلز تبدیل میشود. بررسی ضرایب الاستیک نشان می دهد که ترکیب یک ترکیب پایدار می باشد. این نوع ترکیبات کاندیدایی جهت ساخت وسایل اسپینترونیک میباشند.
کلیدواژهها
[1] Heusler F, Starck W, Haupt E. Magnetisch-chemische studien. Deutsche Physikalische Gesellschaft, 219-223 (1903).
[2] Geiersbach U, Bergmann A, Westerholt K. Structural, magnetic and magnetotransport properties of thin films of the Heusler alloys Co2MnAl, Co2MnSi, Co2MnGe and Co2MnSn. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 240, 546-549 (2002).
[3] Rai DP, et al. Electronic and Piezoelectric properties of half-Heusler compounds: A first principles study. J. Phys.: Conf. Ser. 765, 012005 (2016).
[4] Shutoh N, Sakurada S. Thermoelectric properties of the TiX(Zr0.5hf0.5)1-XNiSn half-Heusler compounds. J. Alloys Compd. 389(1-2), 204-208 (2005).
[5] Lue CS, Kuo YK. Thermoelectric properties of the semimetallic Heusler compounds Fe2-XV1+X M(M = Al, Ga). Phys. Rev. B 66, 085121 (2002).
[6] Javed M, Sattar M, Benkraouda M, Amrane N. First-principles investigations on the structural stability, thermophysical and half-metallic properties of the halfHeusler CrMnS alloy. Optical and Quantum Electronics 54(1) (2022).
[7] Djelti R, Besbes A, Bestani B. TB-mBJ calculations of optical and thermoelectric properties of half-Heusler FeCrAs alloy. Optical and Quantum Electronics 52, 414 (2020).
[8] Anissa B, Radouan D, Kars Durukan I. Study of structural, electronic, elastic, optical and thermoelectric properties of half-Heusler compound RbScSn: A TB-mBJ DFT study. Optical and Quantum Electronics 54, 372 (2022).
[9] Asefirad S, et al. Electronic and thermoelectric properties of the 2D Cu2FeSnS4: DFT study. Modern Physics Letters B. 37(34), 2350186 (2023).
[10] Fazeli Kisomi A, et al. Investigation on Structural, Electronic, and Thermoelectric Properties of Half-Heusler Compounds TiXSb (X = Si, Ge) under Pressure Based on Density Functional Theory (DFT), Physics of the Solid State. 61 1969 (2019).
[11] Winterlik J, Felser GH, Fesler C. Superconductivity in palladium-based Heusler compounds. Solid State Commun. 145, 475 (2008).
[12] hillebrand B, Felser C. High-spin polarization of Heusler alloys. Journal of Physics D: Applied Physics 39 (5), E01 (2006).
[13] Gupta DC, Bhat I.H. A first-principles study of RuMn2Si: Magnetic, electronic and mechanical properties. J. Alloys Compd. 575, 292 (2013).
[14] Gupta DC, Bhat IH. Full-potential study of Fe2N iZ (Z=Al, Si, Ga, Ge). Materials Chemistry and Physics 146(3), 303-312 (2014).
[15] Dehghan A, Davatolhagh S. d0−d half-Heusler alloys: A potential class of advanced spintronic materials. J. Alloys Compd. 772, 132-139 (2019).
[16] Dehghan A, Davatolhagh S. First principles study of d0−d half-Heusler alloys containing group-IV, -V, and -VI sp atoms as prospective half-metals for real spintronic applications, Mater. Chem. Phys. 273, 125064 (2021).
[17] Jafari AR, Davatolhagh S, Dehghan A. Half-metallic p0-d half-Heusler alloys with stable structure in Ferromagnetic state. Journal of Physics and Chemistry of Solids 166, 110702 (2022).
[18] Naimi Y, Jafari AR, Rashid MA. Half-metallic Na-based half-Heusler alloys as potential spintronic materials. Opt. Quant. Electron 56, 691 (2024).
[19] Manoj KY, Biplab S. First principles study of thermoelectric properties of Li-based half-Heusler alloys, J. Alloys Compd. 622, 388-393 (2015).
[20] Moradi M, Taheri N, Rostami M. Structural, electronic, magnetic and vibrational properties of half-Heusler NaZrZ (Z = P, As, Sb) compounds. Phys. Lett. A 382, 3004-3011 (2018).
[21] Shakil M, et al. Determination of structural stability, elastic, thermal and half metallic behavior of CoZrVZ (Z= Al, Ga, In, Sn) quaternary Heusler alloys: A DFT study. Physica B Condens. Matter 625, 413524 (2022).
[22] Rached Y, et al. A comprehensive computational investigation on the physical properties of TiXSb (X: Ru, Pt) half-Heusler alloys and Ti2RuPtSb2 double half-Heusler. Quantum Chemistry. 122 (9), e26875 (2022).
[23] Rached Y, et al. Theoretical Insight into the Stability, Magneto-electronic and Thermoelectric Properties of XCrSb (X: Fe, Ni) Half-Heusler Alloys and Their Superlattices. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 35, 875-887 (2022).
[24] Zerrouki T, et al. Firstprinciples calculations to investigate structural stabilities, mechanical and optoelectronic properties of NbCoSn and NbFeSb half-Heusler compounds. Quantum Chemistry. 121(8), e26582 (2021).
[25] Rached Y, et al. DFT assessment on stabilities, electronic and thermal transport properties of CoZrSb1-XBiX half-Heusler alloys and their superlattices. The European Physical Journal Plus. 138(4), 307 (2023). [26] Mehtougui N, et al. Novel semiconductor compounds XZrZ (X =Ni, Cu and Z=C, B) suitable for clean energy in optoelectronic and thermoelectric devices. Computational Condensed Matter. 32, e00730 (2022).
[27] Vahabzadeh NA, et al. Structural, Half-Metallic, Optical, and Thermoelectric Study on the Zr2TiX (X = Al, Ga, Ge, Si) Heuslers: by DFT. Silicon. 11, 501 (2019).
[28] Karami F, Asadi Mohammad Abadi A, Study of Electronic, Magnetic and Optical Properties of Inverse Heusler Alloys Ti2ScX (X=Si, Sn): Density Functional Theory Method. BiQuarterly Journal of Optoelectronic 1(12), 109-118 (2023).
[29] Asadi Mohammad Abadi A, Baizaee SM, Investigation of Structural, Electronic and Magnetic Properties of Heusler Alloys Ir2VZ (Z = Si, Ge, Sn) for Two Hypothetical L21 and XA Structures: First- Principles Calculations. BiQuarterly Journal of Optoelectronic 2(11), 9-16 (2022).
[30] Mohammadi Bilankohi S, Ghaforyan H, Karami F. Electronic, Magnetic and Optical Properties of Ti2ScGe Full-Heusler Compound Using the Density Functional Theory. BiQuarterly Journal of Optoelectronic 2(11), 49-56 (2022).
[31] Perdew JP, Burke K, Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett. 77, 3865-3868 (1996).
[32] Chibueze TC, et al. Tetragonal and uniaxial strains in pristine and doped halfHeusler AuMnSn alloy. Journal of Alloys and Compounds. 848, 156186 (2020).
[33] Shakil M, et al. Theoretical investigation of structural, magnetic and elastic properties of half Heusler LiCrZ (Z = P, As, Bi, Sb) alloys, Physica B Condens. Matter, 575, 411677-9 (2019).
[34] Wu Z, Cohen RE. More accurate generalized gradient approximation for solids. Phys. Rev. B. 73, 235116 (2006).
[35] Blaha P, et al. WIEN2K, an Augmented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties, Techn. Universit¨at Wien, Austria, 2001.
[36] Lan G, Song J, Yanga Z, A linear response approach to determine Hubbard U and its application to evaluate properties of Y2B2O7, B = transition metals 3d, 4d and 5d, J. Alloys Compd. 749, 909–925 (2018).
[37] Voigt DW, Lehrbuch der Kristallphysik, (1928) (Leipzig: Taubner).
[38] Rechard H, et al. Full-potential calculation of the structural, elastic, electronic and magnetic properties of XFeO3 (X=Sr and Ba) perovskite. Physica B Condens. Matter. 405, 3515– 3519 (2010).
[39] Born M, Huang K. Dynamical theory and experiment I. Springer, Berlin (1982).
)