بخشی از مقاله
چکیده
خواص اپتیکی آنتیموان کبالت خالص با خواص ترموالکتریکی واثر افزودنیها بر آن بصورت نظري بررسی شده است. در انجام محاسبات از نظریه تابعی چگالی و تبدیلات کرامرز کرونیک استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزودن ناخالصی Y ،La و Tl خواص اپتیکی آن به شدت تغییر می کند. افزودن Tl به آنتیموان کبالت باعث افزایش ضریب شکست شده در صورتیکهناخالصی هاي دیگر باعث کاهش این مقدار می شوند. انرژي پلاسمون بدست آمده براي آنتیموان کبالت 17/6 الکترون ولت است.
کلید واژه- خواص اپتیکی، آنتیموان کبالت، ضریب شکست، انرژي پلاسمون
-1 مقدمه
آنتیموان کبالت جزء مواد با ساختار اسکوترودیت است، که خواص الکترونیکی و ترموالکتریکی خوبی دارد. ابن ترکیب نیمرسانایی با گاف انرژي کوچک است و دو تهیجاي شبکه-اي در یاخته بسیط آن وجود دارد.در این مقاله با پر کردن این تهیجاها با اتمهاي Y,Tl,La تاثیر آنها را بر خواص اپتیکی آنتیموان کبالت بررسی کردهایم.آنتیموان کبالت، ساختار مکعبی مرکز حجمی دارد و متعلق به گروه فضایی Im3 - 204 - بوده و ثابت شبکه تجربی آن 9/1823 Å میباشد.[1]
-2 روش انجام محاسبات
محاسبات این مقاله با تقریب شیب تعمیم یافته - GGA - در چارچوب نظریه تابعی چگالی - - DFT با نرمافزارWien2k صورت گرفتهاست.[2] تعداد نقاط k در نظر گرفته شده 1000بوده. شعاع کرههاي مافینتین، با توجه به طول پیوند اتمها RMT - Co - = 2/5 au. و RMT - Sb - =2/25au . انتخاب شدهاند. براي جداسازي حالتهاي ظرفیت از حالتهاي مغزي انرژي مرز جدایی بین الکترون هاي ظرفیت و مغزي برابر -6/0 Ry در نظر گرفته شدهاست. در انجام این محاسبات ،ابتدا ثابت شبکه و موقعیت هاي اتمی را نسبت به انرژي شبکه بهینه کرده، و دیگر محاسبات خود را با این پارامترهاي جدید بدست آوردهایم.قسمت موهومی تانسور ديالکتریک با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ساختار نواري الکترونی یک جامد قابل محاسبه است. در چارچوب تقریب فاز تصادفی میتوان از روابط شناخته شده زیر استفاده کرد:[3]
که در آن p عنصر ماتریسی اندازه حرکت بین حالت نوارهاي و با اندازه حرکت بلوري k است. ck و vk توابع موج بلوري متناظر با نوارهاي رسانش و ظرفیت با بردار موج بلوري k است.بخش بین نواري قسمت حقیقی تانسو ديالکتریک با استفاده از روابط کرامرز کرونیگ محاسبه میشود:
با داشتن قسمت حقیقی و موهومی تانسور دي الکتریک میتوان بر اساس معادلات - 3-8 - ، رسانش اپتیکی، تابع اتلاف انرژي الکترون، قواعد جمع، ضریب شکست، ضریب خاموشی و بازتابندگی را محاسبه کرد:
-3 نتایج
1-3 ساختار نواري
در شکل 2 ساختار نواري بدست آمده براي آنتیموان کبالت خالص و آلاییده شده نشان داده شده است. گاف انرژي بدست آمده براي هر ترکیب در جدول 1 آورده شده است.
2-3 تابع ديالکتریک
تانسور ديالکتریک حداکثر شش مولفهي متناسب با تقارن بلوري دارد. در تقارن مکعبی فقط یک مولفهي مستقل Im xx وجود دارد. در شکلهاي 3 و 4 قسمت حقیقی و موهومی تابع ديالکتریک آنتیموان کبالت و آلاییده آن با Y, Tl, La مقایسه شده است. مقادیر ضریب شکست استاتیک که از جذر تابع دي الکتریک در انرزي صفر الکترون ولت بدست می آید و پیک نمودارها در جدول 1 آورده شده است. ضریب شکست TlCo4Sb12 از دیگر ترکیبها بزرگتر است. مقدار E0 در نمودار قسمت موهومی بیانگر گاف اپتیکی است که این مقادیر بسیار نزدیک به مقدار گاف نواري محاسبه شده میباشد. همچنین مقادیر E1,E2,E3 مقدار انرژي مورد نیاز براي گذار از نوار ظرفیت به اولین نوار رسانش میباشد. به عنوان مثال E1 در CoSb3 مربوط به انرژي گذار از نقطه Γ بالاترین نوار ظرفیت به نقطه N پایینترین نوار رسانش است و E2 نیز مربوط به گذار از نوارهاي پایین تر ظرفیت به نوار هدایت میباشد.
-3-3 انعکاسپذیري
بازتاب اپتیکی با استفاده از معادله - 8 - محاسبه میشود. شکل 4 تغییرات بازتاب اپتیکی آنتیموان کبالت خالص و آلاییده را بر حسب انرژي فوتون فرودي در گستره انرژي 0-35 eV نشان میدهد. بازتاب در TlCo4Sb12 از دیگر ترکیبها بیشتر است. در همه ترکیبها بازتاب تا انرژي 4-3 eV افزایش مییابد و بعد از آن کاهش پیدا میکند
