Звіт про науково-дослідну роботу: “Електронна будова і оптичні властивості нанорозмірних халькогенідних, галогенідних, оксидних та вуглецевих фаз – перспективних матеріалів оптоелектроніки та сонячних елементів”

Звіт про науково-дослідну роботу: “Електронна будова і оптичні властивості нанорозмірних халькогенідних, галогенідних, оксидних та вуглецевих фаз – перспективних матеріалів оптоелектроніки та сонячних елементів”

Репозиторій DSpace/Manakin

Вхід

Домашня сторінка
→
5. Науковий напрямок -консолідовані і дисперсні наноструктурні матеріали, нанокераміка та нанокомпозити
→
звіти
→
Переглянути статтю

Звіт про науково-дослідну роботу: “Електронна будова і оптичні властивості нанорозмірних халькогенідних, галогенідних, оксидних та вуглецевих фаз – перспективних матеріалів оптоелектроніки та сонячних елементів”

Керівник роботи: Хижун Олег Юліанович, д.ф.м.н., (Email: Khyzhun@ipms.kiev.ua)

URI: http://library.ipms.kiev.ua/handle/123/430

Дата: 2022

Анотація:

ОБ’ЄТИ ДОСЛІДЖЕННЯ – нанорозмірні матеріали, оксиди, халькогеніди, галогеніди. МЕТА РОБОТИ – дослідження особливостей електронної структури, міжатомної взаємодії та оптичних характеристик низки оксидних, вуглецевих, халькогенідних і галогенідних фаз для вдосконалення фізико-хімічних основ їх синтезу. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ – рентгенівська емісійна спектроскопія, рентгенівська фотоелектронна спектроскопія, першопринципні розрахунки. Експериментальними і теоретичними методами досліджена електронна структура і оптичні властивості низки оксидних, вуглецевих, халькогенідних і галогенідних фаз. Відповідно до виконаних в роботі “першопринципних” зонних DFT-розрахунків гібридизація електронних рівнів свідчить про значну частину ковалентного типу хімічного зв’язку в сполуках A2BCX4 (де A = Cu, Tl; B = Cd, Hg; C = Ge, Sn; Х= Se, Te) та Tl4BІ6 (В = Cd, Pb) поряд із іонним зв’язком. РФС-спектри вказують на досить низьку гігроскопічність вищезгаданих сполук. Ця характеристика поверхні може бути важливою при їх використанні в оптоелектронних пристроях, які працюють в умовах навколишнього середовища. Дані розрахунку основних оптичних констант розкривають великі перспективи використання сполук A2BCX4 (де A = Cu, Tl; B = Cd, Hg; C = Ge, Sn; Х= Se, Te) та Tl4BІ6 (В = Cd, Pb) як напівпровідників для оптоелектронних приладів. КЛЮЧОВІ СЛОВА: НАНОРОЗМІРНІ МАТЕРІАЛИ, ЕЛЕКТРОННА СТРУКТУРА, ГАЛОГЕНІД, ХАЛЬКОГЕНІД, ОКСИД.

Опис:

СКОРОЧЕНИЙ ЗМІСТ ВИСНОВКІВ РЕЦЕНЗЕНТІВ. Потрійні та почетверені халькогенідні, галогенідні та оксидні матеріали розглядаються наразі дослідниками в якості найперспективніших матеріалів для використання в оптоелектроніці та сонячних елементах. Тому дослідження особливостей електронної будови та оптичних властивостей нанорозмірних оксидних, халькогенідних і галогенідних матеріалів та вуглецевих фаз є безумовно актуальним завданням. Авторами роботи встановлено, що валентна смуга AgSbP2Se6 сформована Ag 4d і Se 4p станами із незначними внесками від Sb 4p, P 3p і Sb 4s-станів. DFT розрахунки також показують, що мінімум зони провідності утворений основним внеском незайнятих станів Sb 4p і незначним внеском незайнятих Se 4p, і P 3s/3p-станів. Авторами показано, що основний внесок у валентну смугу сполук Tl4ВІ6 (В = Cd, Pb) вносять валентні р-стани атомів галогену. Виявлено, що р-стани атомів галогену сполук Tl4ВІ6 (В = Cd, Pb) сильно гібридизовані з s- та p-станами атомів важких металів. Це вказує на суттєвий внесок ковалентної складової. Заслуговує на увагу встановлений у роботі факт, що обробка іонами Ar+ з 3000 еВ протягом 5 хв не призводить до утворення нових особливостей спектрів РФС, зміни положення їх максимумів, а також перерозподілу електронних станів у валентній зоні CsPbCl3 та KPb2Cl5. В роботі показано, що Tl4PbI6 є непрямозонним напівпровідником із шириною забороненої зони 2.22 еВ, а сполука Tl4CdI6 – прямозонний напівпровідник з енергетичною щілиною Еg = 2.03 еВ. Авторами встановлено, що основний внесок у валентну зону сполуки K0.5Rb0.5Pb2Cl5 роблять Cl 3p-стани. В роботі виявлено, що підсмуга біля основної частини валентної зони K0.5Rb0.5Pb2Cl5 утворена переважно Pb 6s-станами з меншим внеском Cl 3p-станів. Проведені в роботі РФС дослідження показали низьку гігроскопічність Cu2HgGeS4, Cu2HgGeSe4, Cu2HgGeTe4, Tl2CdGeSe4 та Tl2CdSnSe4, Tl4PbI6, Tl4CdI6, K0.4Rb0.6Pb2Cl5. Це важливо для потенційного використання даних сполук в оптоелектронних пристроях, які працюють в умовах навколишнього середовища. В той же час такі сполуки, як AgSbP2Se6 та AgBiP2Se6 демонструють високу гігроскопічність. Авторами виявлено, що хімічні зв’язки (Cd, Ge)–Se в Tl2CdGeSe4, на додаток до іонної складової, також повиннні мати значну ковалентну складову. Завдяки результатам “першопринципних” DFT-розрахунків Cu2HgGeS4 було показано, що вклади S 3p-станів переважають біля стелі і у верхній частині валентної зони, Cu 3d-стани роблять основний внесок у його центральну частину, Ge 4p і Hg 6s-стани - в нижню частину, тоді як стани Hg 5d домінують біля дна. Розрахунки, виконані для сполуки Cu2HgGeTe4 виявили, що валентна зона формується в основному внесками Cu 3d-станів, також значними внесками Te 5p, Ge 4p та Hg 6 s-станами. Встановлено, що сполука Tl4PbI6 є непрямозонним напівпровідником із шириною забороненої зони 2.22 еВ. Виявлено, що максимум валентної зони і мінімумом зони провідності Tl4PbI6 розташовані в точках Г і Z зони Бріллюена, відповідно. В роботі показано, що в CsPbCl3 у валентній зоні переважають Cl 3p-стани. У нижню частину РФС спектру роблять внесок Pb 6s-стани, тоді як у верхню частину - Pb 6p-стани, в той час як біля дна валентної зони зосереджені Cs 5p. Нижня частина зони провідності складається з незайнятих Pb 6p-станів з незначним внеском незайнятих Cl 3p-станів. Дані виконаних в роботі теоретичних розрахунків добре узгоджуються з експериментально отриманими результатами. Заплановані завдання авторами роботи виконані повністю, робота є завершеним дослідженням, проведеним на високому методичному рівні, а наведені в звіті результати стануть у нагоді при прогнозуванні властивостей нових функціональних матеріалів. ПРОПОЗИЦІЇ ПРО ПОДАЛЬШЕ ВИКОРИСТАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ. Результати роботи можуть бути використані для розробки рекомендацій щодо науково обґрунтованого керування властивостями кристалічних матеріалів з прогнозування та поліпшенням їх характеристик.

Показати повний запис статті