First principles study of the fundamental properties of transition metal Selenides

Abstract

Le travail consiste en une étude théorique utilisant la méthode ab initio pour examiner les propriétés structurelles, élastiques, électroniques, optiques, dynamiques et thermodynamiques du CdSe et du MnSe dans les structures de zinc blende et de sel gemme, du HgSe dans les phases de zinc blende et de cinabre, et du ScSe à pression zéro et sous pression hydrostatique. Nous avons utilisé les premiers principes des ondes planes pseudo-potentielles, comme implémentés dans le code CASTEP. L’approximation du gradient généralisé (GGAPBEsol) a été utilisée pour le potentiel d’échange-corrélation (XC) afin de calculer les propriétés structurelles. Les résultats obtenus sont conformes aux données expérimentales et théoriques disponibles. La fonctionnelle hybride B3LYP a été utilisée pour estimer la structure électronique. Les propriétés thermodynamiques des matériaux ont été déterminées à l’aide du code Gibbs2. Les résultats de cette étude indiquent que le CdSe et le HgSe sont stables dans le mélange de zinc ; cependant, les structures de MnSe et ScSe sont stables dans la structure du sel gemme. Nous fournissons une analyse détaillée de la façon dont les propriétés optiques clés telles que la fonction diélectrique, l’indice de réfraction et la réflectivité changent avec l’énergie, et nous discutons de ce que signifient ces tendances. De plus, notre travail clarifie comment plusieurs variables thermodynamiques, comme le module d’élasticité, la capacité thermique et le coefficient de dilatation thermique, dépendent de la température et de la pression, offrant des prévisions et une discussion approfondie. En outre, les propriétés électroniques montrent que le CdSe et le HgSe ont tous deux une bande interdite directe dans la structure du blende de zinc ; cependant, l’approximation GGA et B3LYP montrent clairement l’existence d’une bande interdite indirecte. De plus, nos calculs montrent clairement que le composé ScSe est métallique. Inversement, notre calcul de la bande interdite de MnSe met en évidence une nature semi-conductrice dans les phases du sel gemme et de la blende de zinc pour les deux canaux de polarisation de spin.