بررسی اصول اولیه ویژگی‌های الکترونی و اپتیکی تیتانیوم‌کاربید در حالت انبوهه و نانوسیم‌های باریک آن توسط نظریه تابعی چگالی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

در این مقاله ویژگی‌های الکترونی و اپتیکی ساختار انبوهه تیتانیوم کاربید و نانوسیم‌های باریک آن در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با استفاده از بسته محاسباتی کوانتوم اسپرسو مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج حاکی از آن است که این ترکیب در ساختار انبوهه رفتار فلزی از خود نشان می‌دهد ولی قطرهای کوچک نانوسیم‌ها برخلاف ساختار انبوهه، رفتار نیم‌رسانا را نشان می‌دهند. این خصوصیت نیم‌رسانایی در قطرهای بزرگ‌تر قابل اغماض است. در هر دو ساختار نتایج الکترونی با محاسبات اپتیکی مربوط به ساختار مورد بررسی، سازگار است. با توجه به نتایج اپتیکی، ساختار انبوهه تیتانیوم کاربید دارای بیشترین مقدار ضریب شکست است، این مقدار با کاهش قطر نانوسیم‌ها، کاهش خواهد یافت. همچنین نتایج اپتیکی نشان می‌دهند که با افزایش اندازه نانوسیم‌ها مقدار تابع اتلاف افزایش می‌یابد و به مقدار متناظر آن در ساختار انبوهه نزدیک می‌شود

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

First Principeles Initio Study of the Electronic and Optical Properties of Bulk TiC and Its Narrow Nanowires by Density Functional Theory

نویسندگان [English]

  • H. Salehi
  • P. Amiri
  • Y. loveimi motlagh
Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

In this article, the electronic  and optical properties of bulk TiC and  its narrow nanowires  were investigated using Quantum-Espresso/PWSCF computational package in the framework of density functional theory. According to the results, this compound showed a  metallic behavior in the bulk structure, but the small diameters of the nanowires  against the bulk structure  showed a semiconducting behavior. This deviation became negligible at the higher diameters. In  both structures, the electronic results were compatible with  the optical  calculations of the structure under consideration. Considering the optical results, the structure of bulk TiC had  the  maximum amount of  refractive index value and this amount could be decreased by a reduction in the nanowire diameters. Also, the optical results indicated that by increasing the size of nanowires, the ELLOS value  was raised toward the corresponding bulk value

کلیدواژه‌ها [English]

  • pseudopotential
  • band structure
  • density of states
  • dielectric function
  • refractive index
  • Loss function

مراجع

1. Yu, Z., Xinhui, X., Fan, S., Jiye, Z., Jiangping, T., and Hong, J. F., “Transition Metal Carbides and Nitrides in Energy Storage, Materials Views”, Advanced. Science, p. 1500286, 2016.
2. Enyashin, A. N., and Ivanovskii, A. L., “Structural and Electronic Properties of the TiC Nanotubes: Density Functional-based Tight Binding Calculations”, Physica E, Vol. 30, pp. 164-168, 2005.
3. Enyashin, A. N., and Ivanovskii, A. L., “Electronic Structure of Extended Titanium Carbide Nanocrystallites”, Journal of Structural Chemistry, Vol. 47, pp. 549-552, 2006.
4. Jafari, M., “Optoeletrical Properties of TiC Nanowires from Density Functional Theory”, Journal of Optoelectroniics and Advanced Materials, Vol. 17, pp. 318-322, 2015.
5. Alward, J. F., Fong, C. Y., El-Batanouny, M., and Wooten, F., “Band Structures and Optical Properties of Two Transition-metal Carbides- TiC and ZrC”, Physical Review B, Vol. 12, pp. 1105-1117, 1976.
6. Neckel, A., Rastl, P., Eibler, R., Weinbereger, P., and Schwarz, K., “Results of Self-consistent Band-structure Calculation for ScN, ScO, TiC, TiN, TiO, VC, VN andVO”, Journal of Physics C: Solid State Physics., Vol. 9, pp. 579-592, 1975.
7. Ahuja, R., Eriksson, O. J., Wills, M., and Johansson, B., “Sructural, elastic and high-pressure properties of cubic TiC, TiN and TiO”, Physical Review B, Vol. 53, pp. 3072-3078, 1996.
8. http://www.quantum-espersso.org and http://www.pwscf.org.
9. Amiri, P., Hashemifar, S. J., and Akbarzadeh, H., “Density Functional Study of Narrow Cubic MnSe Nanowires: Role of MnSe Chains”, Physical Review B, Vol. 83, pp. 1654241-8, 2016.
10. Yu, P. Y., Cardona, M., and Sham, L. J., “Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties”, Physics Today, Vol. 50, p. 76, 1997.
11. Shaukat, A., Saeed, Y., Nazir, S., Ihrams, N., and Tanveer M., “Abinito Study of Structure, Electronic and Optical Properties of Ca1-xSrxS Compounds”, Physica B, Vol. 405, p. 3964, 2009.
12. Koch, S. W., Quantum Theory of the Optical and Electronic Properties of Semiconductors, World Scientific Publishing Company Incorporated, 1994.
13. Ambrosch-Draxl, C., and Sofo, J. O., “Linear Optical Properties of Solids Within the Full-potential Linearizd Augmented Planewave Method”, Computer Physics Communications, Vol. 175, pp. 1-14, 2006.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 37، شماره 1
خرداد 1397
صفحه 83-96

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی