بخشی از مقاله
چکیده
ویژگیهاي الکترونی کالکوژنیدهاي باریم در فاز NaCl با بکارگیري روش موج تخت بهساخته خطی با پتانسیل کامل - FPLAPW - بررسی شد.محاسبات حاکی از آن است که یک رابطه خطی متفاوتی بین گاف انرژي و عکس مجذور ÷ارامتر شبکه تعادلی براي ترکیبات اکسیژن دار و بدون اکسیژن مشاهده می شود.گاف انرزي این ترکیبات به استثناي BaO، متناسب با عکس مجذور پارامتر شبکه تعادلی است. خواص الکترونی ترکیبات اکسیژن دار از قاعده متفاوتی نسبت به دیگر ترکیبات پیروي می کند. این اختلاف ناشی از تفاوتی است که در ویژگیهاي پیوندي Ba-O با سایر پیوندهاوجود دارد.
مقدمه
از مهمترین کالکوژنیدها می توان کالکوژنیدهاي قلیایی خاکی ,کالکوژنیدهاي خاکهاي نادر و کالکوژنیدهاي فلزا ت واسطه یا کالکوژنیدهاي مغناطیسی را نام برد1]و..[2 در این میان آن قسمت از ترکیباتی که مورد توجه ما هستند عبارتند از کالکوژنیدهاي باریم که جزء کالکوژنیدهاي قلیایی خاکی به شمار می آیند. امروزه این دسته از کالکوژنیدها[3] جانشین بسیار مناسبی براي نیمرساناهاي شناخته شده گروههاي IV و III-V به شمار میروند. این ترکیبات داراي کاربرد فراوانی در صنایع الکترونیکی واپتیکی هستند. کالکوژنیدهاي باریم داراي کاربردهاي فراوانی در دیودهاي گسیل نور - LED - ، دیودهاي لیزري - LDs - و ...است4]و.[5مطالعات کامل و جامعی بر روي خواص الکترونی و اپتیکی این ترکیبات انجام دادیم که شرح کامل آن در مراجع -8] [6 آمده است. در ادامه این بررسی توانستیم ترکیبات و پارامتر تعادلی شبکه آنها بدست آوریم. که شرح آن در این مقاله آمده است.
روش محاسبات
در حال حاضر روش FP-LAPW که شامل پتانسیل کامل است ، دقیقترین و عام ترین روش محاسبه ساختار الکترونی است. لذا در این تحقیق محاسبات به روش امواج تخت بهساخته خطی شده با پتانسیل کامل FP-LAPW و بر پایه نظریه تابعی چگالی با استفاده از کد کامپیوتري WIEN2K انجام شده است. براي انجام محاسبات، بهینه کردن و تعیین پارامترهاي اولیه ضروري است. براي این منظور مقدار R - R.K max، شعاع کوچکترین کره موفین تین و Kmax ، بردار موج قطع است - برابر 8، عدد کوانتومی تکانه زاویه اي بیشینه L برابر 10 و تعداد نقاط K در منطقه اول بریلوئن 47 نقطه در نظر گرفته شده است براي مطالعه اثرات پیوندهاي شیمیایی در کالکوژنیدهاي باریم یک جایگزینی از اتم کالکوژن توسط دیگر اتم کالکوژن انجام داده ایم. بنابراین پیوند هاي شیمیایی جدید بین باریم و کالکوژنها بوجود آمده آست.
براي مثال وقتی که اتم Te واقع در مرکز حجم بوسیله اتم دیگر O جایگزین می شود بعضی از پیوند هاي شیمیایی Ba – Te در BaTe تبدیل به پیوندهاي Ba – O می شوند.
حال بعد از هر جایگزینی انرژي کل دستگاه جدید و به تبع آن پارامتر شبکه تعادلی محاسبه شده است. بعد از محاسبه انرژي کل بعضی از خواص الکترونی مهم همچون ساختار نواري و گاف انرژي در پارامتر تعادلی شبکه محاسبه شده است.
نتایج و بحث
در جدول 1 نتایج مربوط به محاسبه پارامتر تعادلی شبکه ترکیبات دوتایی و سه تایی نشان داده شده است. براي ترکیبات سه تایی حجم سلول واحد در حالتی که اتم واقع در سلول واحد توسط یک اتم بزرگتر جایگزین شده باشد افزایش می یابد و در صورتی که توسط یک اتم کوچکتر جایگزین شده باشد کاهش می یابد. به عنوان نمونه ثابت شبکهBaTe0.75O0.25 کوچکتر از BaTe و بزرگتر از BaO است. نتایج مشابهی براي دیگر ترکیبها نیز در محاسبات نشان داده شده است. در جدول 2 نیز نتایج مربوط به گاف انرژي کالکوژنیدهاي باریم نشان داده شده است. براي مقایسه نتایج تجربی مربوط به گاف انرژي ترکیبات دو تایی آورده شده است. تاکنون هیچ نتیجه تجربی براي ترکیبات سه تایی گزارش نشده است. همانگون که از جدول 2 مشاهده می شود
تمامی گافهاي انرژي محاسبه شده مطابق آنچه انتظار می رفت کوچکتر از مقدار تجربی اند. در شکل 1 گاف انرژي محاسباتی. بر حسب عکس مجذور پارامتر شبکه تعادلی به همراه نتایج تجربی براي کالکوژنیدهاي باریم نشان داده شده است. همان گونه که ملاحظه می شود در تشابه با نتایج تجربی در این جا نیز نمودار گاف انرژي تمام ترکیبات بجز BaO بر حسب عکس
شکل 1 :گاف انرژي کالکوژنیدهاي باریم بر حسب عکس مجذور پارامتر شبکه تعادلی به همراه نتایج تجربی
جدول: 1 ثابت تعادلی شبکه کالکوژنیدهاي باریم
براي آنکه از رابطه خطی یکسان پیروي کند می بایست داراي گاف 3/5 الکترون ولت باشد که بزرگتر از نتایج محاسبه شده کنونی است. علاوه بر این رابطه خطی می تواند به ترکیبات سه تایی بدون اکسیژن تعمیم داده شود - شکل . - 2 اما براي ترکیبات اکسیژن دار یک رابطه خطی دیگري می بایست دنبال شود که در شکل 2 نشان داده شده است. در شکل 3 همچنین گاف هاي انرژي را بر حسب درصد ترکیبات نشان داده ایم. از شکل 3 چنین به نظر می رسد که می توان روندي را بر اساس ترکیبات با و بدون اکسیژن تحلیل کرد. براي ترکیبات بدو ن اکسیژن - منحنی هاي 1 و2 - گاف نواري می بایست به صورت خطی کاهش یابد اگر اتم کالکوژن توسط یک اتم کالکوژن دیگر با شعاع یا عدد اتمی بزرگتر جایگزین شود. در غیر این صورت گاف انرژي بصورت خطی افزایش می یابد. اما براي ترکیبات اکسیژن دار این قاعده بر قرار نیست و یک کمینه در منحنی در نزدیکی لبه با درصد کمتر اکسیژن وجود دارد - منحنی هاي 3 و . - 4 این نتیجه بیانگر این مطلب است که گاف انرژي این ترکیبات می تواند با تغییر در درصد اکسیژن تنظیم و تغییر داده شود، خصوصاَ در درصدهاي کم اکسیژن. از آنجایی که الکترونگاتیوي پائولینگ [9] می تواند براي مطالعه شاخصه هاي یونی در پیوندهاي یونی بکار رود به محاسبه الکترونگاتیوي پائولینگ براي تمام ترکیبات دوتایی در ساختار سدیم کلراید
جدول : 2 گاف انرژي کالکوژنیدهاي باریم
