تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : مهرداد دادستاني

دانشكده : علوم

استاد راهنما : دکتر اعظم پورقاضي

تاريخ دفاع : 18/1/86

رشته و گرايش : فيزيک-حالت جامد

استاد مشاور : -

ويژگيهاي ساختاري، الكتروني و اپتيكي كالكوژنيدهاي باريم و استرانسيوم در فازهاي سديم كلرايد و سزيم كلرايد

چكيده

خواص ساختاري و الكتروني كالكوژنيدهاي باريم و استرانسيوم را در حضور و در غياب برهمكنش اسپين مدار بر پايه نظريه تابعي چگالي و با استفاده از روش امواج تخت بهساخته خطي با پتانسيل كامل مورد بررسي قرار داده ايم. محاسبات حاكي از آن است كه پارامتر هاي ساختاري از قبيل پارامتر شبكه تعادلي، مدول حجمي و مشتق آن، و فشار تغيير فاز تطابق خوبي با نتايج تجربي دارد و در اكثر موارد به مراتب بهتر از ديگر نتايج نظري است. نوارهاي انرژي و چگالي حالت هاي الكتروني نشان مي دهد كه تاثير برهمكنش اسپين مدار قابل صرفنظركردن نيست. اين امر باعث كاهش گاف انرژي خصوصاٌ در تركيبات BaTe و SrTe مي شود. اين برهمكنش اما اثر قابل ملاحظه اي بر روي پارامترهاي ساختاري ندارد. گاف انرژي به دست آمده هر چند بهتر از ديگر نتايج نظري است اما باز هم اختلاف نسبتاٌ زيادي با مقادير تجربي دارد. با بكارگيري تابعي انگل و وسكو توانستيم بهبود قابل ملاحظه اي در مقدار گاف انرژي و نزديك ترشدن آن به تجربه به دست آوريم. اين اصلاح براي كالكوژنيدهاي باريم حدود 5/0 eV و براي SrTe، SrSe و SrS به ترتيب 6/0 eV،ء83/0 eV و 16/1 eV است. با محاسبه نوع گاف انرژي كالكوژنيدهاي استرانسيوم در يافتيم كه گاف انرژي اين تركيبات غير مستقيم و بين بيشينه نوار ظرفيت در Γ و كمينه نوار رسانش در X قرار دارد و به تمام تناقضها و ترديدهاي موجود در رابطه با نوع گاف انرژي اين تركيبات پاسخ داده شد. با محاسبه ساختار نواري تحت فشار كالكوژنيد هاي باريم مشاهده شد كه در BaTe گاف انرژي با اعمال فشار همچنان غير مستقيم باقي مي ماند تا اينكه يك همپوشاني نواري در حالت فلز شدگي رخ مي دهد اين در حالي است كه براي BaSe و BaS گاف انرژي با اعمال فشارقبل از فلزشدگي از حالت غير مستقيم به حالت مستقيم بين نوار ظرفيت p گونه ي اتم كالکوژن و نوار رسانش d گونه ي اتم باريم در Γ انتقال مي يابد . محاسبات همچنين حاكي از آن است كه فلز شدگي تمام تركيبات در تطابق كامل با تجربه در فاز B2 رخ مي دهد. فشار فلز شدگي اين تركيبات تطابق نسبتاٌ خوبي با مقادير تجربي دارد.

خواص اپتيكي كالكوژنيدهاي باريم و استرانسيوم ر به صورت جامع در حضور و در غياب برهمكنش اسپين مدار و با استفاده از رهيافت GGA و تابعي پردو و همكاران محاسبه كرده ايم. براي اين كار پس از محاسبه قسمت هاي حقيقي و موهومي تابع دي الكتريك كميتهاي ديگري نظير ضريب جذب، ضريب بازتاب، تابع اتلاف انرژي را به دست آورديم. با مقايسه طيف هاي تابع دي الكتريك و ضريب بازتاب با نتايج تجربي دريافتيم كه نتايج به دست آمده انطباق خوبي با نتايج تجربي خصوصاٌ در انرژيهاي پايين دارد. در ادامه همچنين ثابت دي الكتريك اين تركيبات را محاسبه كرديم.ثابتهاي دي الكتريك به دست آمده تا حدودي بزرگتر از مقادير تجربي اند. به منظور بهبود ثابت دي الكتريك، از فرمول بندي انگل و وسكو نيز استفاده كرده ايم كه باعث بهبود قابل ملاحظه اي در نتايج در مقايسه با نتايج تجربي مي شود. محاسبات نشان مي دهد كه اثر برهمكنش اسپين مدار در انرژي هاي بال بيشتر از نواحي كم انرژي است. اين اثر همچنين باعث افزايش ثابت دي الكتريك ميشود. محاسبات حاكي از آن است كه حالت هاي p كالكوژن به عنوان حالت هاي اوليه و حالت هاي 5d باريم و 4d استرانسيوم به عنوان حالت هاي نهايي، بيشترين سهم را در انتقال هاي اپتيكي دارند.

در ادامه با بررسي ميزان اثر پيوندهاي شيميايي بر روي خواص الكتروني و اپتيكي كالكوژنيدهاي باريم دريافتيم كه خواص الكتروني و اپتيكي تركيبات اكسيژن دار هميشه از قاعده متفاوتي نسبت به تركيبات بدون اكسيژن پيروي مي كنند. اين اختلاف اساساٌ از ويژگيهاي پيوندي بين باريم و اتم كالكوژن نشاٌت مي گيرد. پيوند هاي Ba – O داراي شاخصه هاي يوني بالايي هستند اما تمام ديگر پيوندها بين باريم و اتمهاي كالكوژن به نظر مي رسد كه داراي ويژگيهاي يكساني هستند. در اين پيوندها ميزان اثر سهم يوني كاهش مي يابد در حالي كه سهم فلزي افزايش مي يابد. كه اين امر باعث اختلاف در خواص الكتروني و اپتيكي تركيبات اكسيژن دار و بدون اكسيژن مي شود. علاوه بر اين گاف انرژي و ثابت دي الكتريك در تركيبات اكسيژن دار مي تواند با تغيير در درصد اكسيژن تنظيم و تغيير داده شود، خصوصاٌ با درصد هاي كم اكسيژن. اين نتايج مي تواند در طراحي نيمرساناهاي جديد II – VI با خواص اپتيكي متنوع مورد استفاده قرار گيرد. با مطالعه ساختار الكتروني و ويژگيهاي اپتيكي اين تركيبات نشان داده شد كه گاف انرژي و همچنين ثابت دي الكتريك اين تركيبات متناسب با عكس مجذور پارامتر شبكه تعادلي است.