بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مقاله، مطالعه خصوصیات ساختاری و اپتیکی سیلیسن دوبعدی در حد ضخامت نانومتر لایه نشانی شده روی Ag که به
صورت شبکه لانه زنبوری و دارای خمیدگی کمی است با استفاده از نظریه تابع چگالی و محاسباتsiesta میباشد. نتایج ما روی خصوصیات اپتیکی نشانمیدهد که محاسبات به شدت به جهت پولاریزاسیون نور بستگی دارد. طیف جذب اپتیکی سیلیسن دارای
دو پیک مهم است: :iیک پیک تیز در 1.77 evکه ناشی از گذار حالتهای به میباشد. :iiیک پیک پهن در بازه 4-10 evکه ناشی از گذار حالتهای به نوارهای هدایت است و نیز بر روی اثر میدان الکتریکی استاتیکی اعمالی روی ساختار الکترونیکی سیلیسن بحث خواهیمکرد که این منجر به باز شدن شکاف نواری در سیلیسن میگردد و نوار ظرفیت و هدایت به طور متقارن از سطح فرمی دور میشوند و نیمهفلز سیلیسن خاصیت نیمهرسانایی پیدا میکندکه در ساخت ترانزیستورهای اثرمیدان
( Field Effect Transistors) کاربرد دارد.
کلید واژهها: نظریه تابع چگالی، سیلیسن، خواص الکترونیکی، خواص اپتیکی
.1 مقدمه
بعد از بررسیهای انجام شده روی گرافیت توجه خاصی به کریستالهای دوبعدی عناصر گروه چهار شده است2]،[1 بعد از
گرافن پاتریک وگت((patrickvogt توانست یک لایهی تنها از اتمهای سیلیکون را روی یک سطح نقره 4] Ag،[3 به نام سیلیسن تولید کندکه دارای ساختارشش وجهی لانه زنبوری میباشد.8 ]،7،6،.[5 مطالعه نظری روی سیلیسن نشان میدهد به خاطر
پراکندگی خطی اطراف انرژی فرمی در نقطه k در شبکه معکوس10]،[9که نوارهای هدایت و ظرفیت بر یکدیگر مماس شدهاند حاملهای بار فرمیونهای دیراک بدون جرم هستند. سیلیسن به خاطر ویژگی منحصر به فردش خواهان کاربردهایی در نانو تکنولوژی میباشد، کاربرد مهم آن به خاطر این است که شکاف نواری آن توسط اعمال میدان الکتریکی استاتیکی خارجی باز میشود و قابل کنترل است14]،13،12،[11 و در وسایل نانوالکترونیکی، رسانندگی الکترونیکی آن قابل تنظیم میباشد ولی گرافن
1
این ویژگی را ندارد. بنابراین در این مقاله ما به خصوصیات ساختاری و الکترونیکی و اپتیکی سیلیسن با استفاده از نظریه تابع چگالی
(DFT) براساس محاسبات سایستا میپردازیم.
.2 روش محاسبات
ما از کد سایستا17]،16،[15 برای انجام محاسبات نظریه تابع چگالی خود سازگار با حل معادلات استاندارد کوهن-شم استفاده
میکنیم. اوربیتالهای کوهن-شم با استفاده از ترکیب خطی اوربیتالهای شبه پتانسیلی که توسطSankeyوNiklewski
[18]تولید شده بسط داده شدهاست، شکل استاندارد آن در شبه پتانسیلهای19]Troullier-Martins،[20جمعآوری شدهاست.
برای پتانسیل تبادل-همبستگی از تقریب شیب تعمیم یافته دادهشده توسطPerdew-Buke-Ernzerhof استفاده میشود.[21]
برای محاسبه چگالی بار انرژی قطع را 400Ry در نظر میگیریم. مونخورست پک 45 45 1 نقاط k برای برهمکنشهای منطقه
بریلوئن استفادهشد ولی شبکه مناسب برای محاسبات اپتیکی250 250 1 میباشد ودقت انرژی در دوره گردش خودسازگار
eV در نظرگرفتیم. تمامی ساختارها تا نیروها روی هر اتم کمتر از ریلکس شدند. به حداقل رساندن انرژی با
استفاده از روش استاندارد شیبهای مزدوج((CG انجامشد. سایستا از نظریه اختلال مرتبه اول برای محاسبات خصوصیات دی
الکتریک مواد و مولکولها و از ویژه مقادیر و توابع پایه DFT حالت پایه استفاده میکند. پهن شدگی اپتیکی را eV در
نظرگرفتیم و همه حالتهای اشغال نشده برای محاسبات طیف اپتیکی استفادهشد.
.3 نتایج و بحث
همانطور که در مقدمه ذکرگردید هدف اصلی ما مطالعه خصوصیات اپتیکی سیلیسن است اما چون محاسبات خصوصیات اپتیکی داخل چارچوب DFT میباشد در اجرای سایستا احتیاج به توابع پایه و مقادیر پایه از حالت کوهن-شم داریم. بنابراین قبل از اینکه وارد بحث جزئیات روی نتایج خصوصیات اپتیکی شویم ابتدا نتایج ساختارهای هندسی و الکترونیکی سیلیسن که بعداً در خصوصیات اپتیکی استفاده میشود را بدست میآوریم.
