نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

• فاطمه نعمتی ¹
• رضا حبیب پور بی صفر ²
• الهه جوان شور ³

¹ گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری های نوین، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه

² گروه فیزیک ماده چگال، دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز

³ گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری های نوین، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در این پژوهش، ویژگی‌های ساختاری، الکترونیکی و نوری ترکیبات پروسکایتی Ba₃MBr₃ با عناصر نیتروژن و فسفر در جایگاه M، به‌صورت سیستماتیک و با بهره‌گیری از محاسبات نظریه تابع چگالی مورد بررسی قرار گرفتند. برای افزایش دقت در مدل‌سازی برهم‌کنش‌های الکترونی، از تقریب گرادیان تعمیم‌یافته مرتبه دوم استفاده شد و محاسبات هم با و هم بدون در نظر گرفتن اثرات جفت‌شدگی اسپین-مدار انجام شدند. به‌منظور بهبود پیش‌بینی شکاف نواری، از تابعی هیبریدی Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) بهره گرفته شد. نتایج نشان دادند که در غیاب SOC، ترکیب Ba₃NBr₃ دارای شکاف نواری غیرمستقیم 0/36 الکترون‌ولت و Ba₃PBr₃ دارای شکاف 0/85 الکترون‌ولت است. با اعمال تابعی HSE، این مقادیر به‌ترتیب به 0/92 و 1/40الکترون‌ولت افزایش یافتند. با در نظر گرفتن SOC، شکاف نواری هر دو ترکیب اندکی کاهش یافت، که این کاهش در ترکیب نیتروژنی محسوس‌تر بود. تحلیل چگالی حالت‌ها نشان داد که اوربیتال‌های p از Br نقش اصلی را در نوار ظرفیت ایفا می‌کنند، در حالی که نوار رسانش عمدتاً از اوربیتال‌های d عنصر Ba تشکیل شده است. نقشه‌های چگالی الکترونی نیز وجود پیوندهای یونی-کووالانسی را تأیید کردند، به‌طوری‌که پیوند Ba–N نسبت به Ba–P دارای ویژگی کووالانسی قوی‌تری است. در مجموع، این مطالعه نشان می‌دهد که نوع عنصر جایگزین‌شده در جایگاه M و همچنین اثرات نسبیتی، تأثیر چشمگیری بر ساختار الکترونیکی و شکاف نواری این مواد دارند. این یافته‌ها می‌توانند راهگشای طراحی پروسکایت‌های پایدار و بدون سرب برای کاربردهای نوین اپتوالکترونیکی باشند.

کلیدواژه‌ها

• پروسکایت
• سلول‌های خورشیدی
• اثرات الکترونیکی
• اثرات اپتیکی
• جفت‌شدگی اسپین-مدار