Optical and Electronic Properties of WO3 and Zn Chalcogenides Alloys: A Theoretical study

Tid: Fr 2020-01-24 kl 09.30

Plats: Kollegiesallen, Brinellvägen 8, Stockholm (English)

Ämnesområde: Fysik, Material- och nanofysik

Respondent: Gustavo Baldissera , Materialvetenskap

Opponent: Dr Naoto Umezawa,

Handledare: Clas Persson, Materialvetenskap

Abstract

I denna avhandling analyseras optiska och elektroniska egenskaper hos WO3 och Zn-relaterade legeringar med hjälp av täthetsfunktionalteori (DFT). Metoder som går utöver DFT, såsom GW-approximationen och hybridfunktionaler, används för att minimera det fel som genereras av det smala bandgapet som erhålls med konventionella DFT-funktionaler. WO3 har sex olika stabila termodynamiska faser i olika temperaturintervall. En triklinisk till monoklinisk fasövergång sker nära rumstemperatur, och därför innehåller experimentprover ofta båda faserna. Beräkningar av dessa två strukturer visar likheter i absorption och bandstruktur, med en liten skillnad på 0,1 eV vid påbörjan av absorption. Detta värde är relaterat till skillnaden i bandgap mellan de två faserna. Den monokliniska fasen vid låg temperatur uppvisar en annan banddispersion och ett bredare bandgap som påverkar huvudsakligen absorptionsstarten. Modellering av volframvakanser i superceller av WO3 uppvisar magnetiska moment i vissa kristallfaser, varvid effekten är starkare i strukturer med låg symmetri, nämligen de trikliniska och monokliniska. Det magnetiska momentet uppstår från de oparade elektronerna från syreatomer i anslutning till vakansen. Denna effekt är emellertid lokaliserad och genererar inte en hålmedierad ferromagnetisk fas i materialet. Studien av zinklegeringar utförs med superceller för att nå en önskad mix av grundämnen. För Zn(O,S)- och Zn(O,Se)-legeringar sker väsentliga minskningar av bandgapet med ∼1 eV vid koncentrationer nära 50%. För att beskriva beteendet hos bandgapet hos dessa legeringar föreslogs ett tillvägagångssätt som kombinerar två olika metodologier, där regionen nära binärerna beskrivs av bandets antikorsningsmodell, medan mellanregionen representerar legeringsbandets böjningsmodell. ZnO-GaN-legeringar visar också en bandgapsböjning och resultaten som erhållits genom beräkningarna är i god överensstämmelse med experimentella observationer. ZnTe uppvisar ett mellanband när det är dopat med en III-nitridförening, såsom GaN, AlN och InN. Denna effekt tros vara resultatet av resonansen mellan ZnTe-tillstånden och tillstånden härstammande från dopningselementen.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-265539