مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

چگالی حالات و ساختار الکترونی InSb با رویکرد محاسباتی کوانتوم اسپرسو

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، پژوهشگاه دانش‌های بنیادی، پژوهشکده‌ی ذرات و شتابگرها، تهران، ایران
2 استادیار، گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم و فناوری نانو و زیست، دانشگاه خلیج‌فارس، بوشهر، ایران
3 استادیار، پژوهشکده‌ی پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران
چکیده
در این مطالعه با استفاده از نظریه‌ی تابعی چگالی برای نیمه‌رسانای InSb به مطالعه و بررسی جامع ویژگی الکترونیکی ایندیم آنتیموان پرداخته شده است. چگالی حالات کل DOS و چگالی حالات جزئی PDOS بررسی شده است. همچنین، سهم اوربیتال‌های اتمی فردی در ساختار اتمی بررسی شد و، علاوه بر این، ساختار نواری و پخش الکترونی آن مشخص شده است. به‌علاوه، با محاسبات و شبیه‌سازی، سطوح فرمی در این بلور مشخص شده است و ویژگی‌های مهمی از ساختار الکترونیکی را پدیدار می‌کند. این نکات بستری را برای مبنای نظری به‌منظور تحقیقات تجربی بیشتر و کاربردهای فناورانه‌ی دقیق‌تر فراهم می‌کند. در این بررسی، ساختار نواری و سطوح فرمی بلور InSb بررسی شده است. بررسی ساختار نواری نشان می‌دهد که انرژی نوار ممنوعه در حدود 0/17 الکترون ولت است که با اندازه‌گیری‌هایی که از اثر هال به‌ دست آمده هماهنگی خوبی دارد. در این محاسبات از نرم‌افزار کوانتوم اسپرسو استفاده شده است و نتایج به‌دست‌آمده با نتایج آزمایشگاهی مطابقت خوبی دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Density of States and Electronic Structure of InSb with QUANTUM ESPRESSO Computational Approach

نویسندگان English

Shahin Atashbar Tehrani 1 2
Nader Morshedian 3
1 Assistant Professor, School of Particles and Accelerators, Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), P.O.Box 19395-5531, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Physics, Faculty of Nano and Bio Science and Technology, Persian Gulf University, P.O. Box: 75169, Bushehr, Iran.
3 Assistant Professor, Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran.
چکیده English

In this study, the electronic properties of indium antimony have been comprehensively investigated using density functional theory for InSb semiconductors. The total Density of States (DOS) and Partial Density of States (PDOS) were analyzed to evaluate the contribution of individual atomic orbitals in the atomic structure. In addition, the band structure and electron scattering properties of InSb were determined. The Fermi levels in this crystal were also identified, and the calculations revealed significant features of its electronic structure, thereby providing a theoretical basis for further experimental research and wider technological applications. The current research investigated the band structure and Fermi levels of InSb crystal. The band structure examination shows that the energy of the band gap is approximately 0.17 electron volts, which aligns closely with the measurements obtained from the Hall effect. These calculations were performed using Quantum Espresso software, the results of which exhibited good agreement with the experimental results.

کلیدواژه‌ها English

Total State Density
Partial Density of States
Band Structure
Fermi Level
  1. Alberga, G. E., Van Welzenis, R. G., & De Zeeuw, W. C. (1982). High electric-field hall effect measurements on n-type InSb at 77 K. Applied Physics A, 27, 107-120. https://doi.org/10.1007/BF00615813
  2. Giannozzi, P., Baroni, S., Bonini, N., Calandra, M., Car, R., Cavazzoni, C., ... & Wentzcovitch, R. M. (2009) QUANTUM ESPRESSO: A Modular and Open Source Software Project for Quantum Simulations of Materials. Journal of Physics: Condensed Matter, 21(39), 395502. http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502
  3. Gholami, M., Hajiahmadi, Z., & Naghavi, S. (2024). Unlocking the potential of coinage-based quaternary chalcogenides for thermoelectricity. Journal of Materials Chemistry A, 12(10), 5846-5857. https://doi.org/10.1039/D3TA07747K
  4. Hilal, M., Rashid, B., Khan, S. H., & Khan, A. (2016). Investigation of electro-optical properties of InSb under the influence of spin-orbit interaction at room temperature, Materials. Chemistry and Physics, 184, 41-48. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2016.09.009
  5. Monkhorst, H. J., & Pack, J. D. (1976). Special Points for Brillouin Zone Integrations. Physical Review B: Solid State, 13, 5188-5192. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188
  6. Morisaki, H. (1970). Measurement of Hall effect in InSb by self-magnetic field. Solid-State Electronics, 13(7), 911-918. https://doi.org/10.1016/0038-1101(70)90087-0
  7. Mukherjee, S., & Kaloni, T. P. (2012). Electronic Properties of Boron- and Nitrogen-Doped Graphene: A First-Principles Study. Journal of Nanoparticle Research, 14, 1059. http://dx.doi.org/10.1007/s11051-012-1059-2
  8. Perdew, J., Chevary, J., Vosko, S., Jackson, K., Pederson, M., Singh, D., & Fiolhais, C. (1992). Solids and Surfaces: Applications of the Generalized Gradient Approximation for Exchange and Correlation. Physical Review B, 46, 6671-6687. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.46.6671
  9. Sugiyama, Y., & Kataoka, S. (1985). S/N study of micro-Hall sensors made of single crystal InSb and GaAs. Sensors and Actuators, 8(1), 29-38. https://doi.org/10.1016/0250-6874(85)80022-6
  10. Tanenbaum, M., & Maita, J. P. (1953). Hall effect and conductivity of InSb single crystals. Physical Review, 91(4), 1009. https://doi.org/10.1103/PhysRev.91.1009
  11. Tehrani, S. A., & Morshedian, N. (2024). Study of Electrical Property of Single Crystal InSb. JAMT, 13(2), 53-62. [In Persian]. https://doi.org/10.30501/jamt.2024.447841.1298
  12. Tukioka, K. T. K. (1991). The determination of the deformation potential constant of the conduction band in InSb by the electron mobility in the intrinsic range. Japanese journal of applied physics, 30(2R), 212. https://iopscience.iop.org/issue/1347-4065/30/2R
دوره 13، شماره 3
پاییز 1403
صفحه 75-81

  • تاریخ دریافت 16 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 08 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 22 دی 1403