بررسی ویژگی های اپتیکی ترکیبات سه تایی bnxp1-x , bnxas1-x , bpxas1-x

در این مطالعه با بکارگیری روش (fp-lapw) و در چارچوب نظریه تابعی چگالی خواص الکترونی و اپتیکی ترکیبات بور bnxp1-x، bnxas1-x و bpxas1-x در غلظت های (1 و 75/0 ،50/0 ، 25/0 ،0 x=) انجام شده است. آلیاژهای نیمرسانا محلولهای جامدی هستند که از دو یا تعداد بیشتری عنصر تشکیل می شوند و از نظر فناوری خصوصاً در صنایع الکتریکی و الکترواپتیکی بسیار مورد توجه اند. یکی از راههای تغییر کارایی و عملکرد نیمرساناها در جهت ایجاد مواد جدید، تشکیل آلیاژهایی از این مواد است که با وارد کردن ناخالصی ایجاد می شود. این امر سبب تغییر گاف اپتیکی این مواد شده که می تواند مصارف گوناگونی در صنایع اپتیکی داشته باشد. هم اکنون هدف اصلی در مهندسی مواد توانایی تنظیم گاف نواری به منظور به دست آوردن خواص مورد علاقه است. از این میان ترکیبات iii-v با ساختار zns مربوط به بورن شاملbn, bp, bas به دلیل خواص منحصر به فرد و متفاوت که با دیگر ترکیبات iii-v دارند در سال های اخیر به عنوان نیمرساناهای با گاف انرژی بالا، مورد توجه خاص پژوهشگران قرار گرفته اند. در این مطالعه در گام نخست خواص الکترونی (ساختار نواری و چگالی حالت های اتم های تشکیل دهنده) محاسبه شده است. بررسی ساختار نواری ترکیبات دوتایی bn، bp و bas، نشان می دهد که این ترکیبات یک نیمرسانا با گاف نواری غیرمستقیم بین نقاط ? و x هستند. در آلیاژهای bnxp1-x (و bnxas1-x) با کاهش غلظت اتم نیتروژن، گاف انرژی و ویژگی-های یونی به مراتب کاهش یافته و خاصیت فلزی آشکار می گردد. علت اصلی این امر به اختلاف زیاد الکترونگاتیوی اتم n با دو اتم p وas برمی گردد. همچنین محاسبات ساختار نواری این آلیاژها در 75/0 و 25/0 x=نشان می دهد که این ترکیبات یک نیمرسانا با گاف انرژی مستقیم، در نقطه ? می باشند. در حالیکه در 5/0x= یک نیمرسانا با گاف انرژی غیرمستقیم، بین نقاط ? و m می باشد. برای آلیاژ bpxas1-x، با افزایش غلظت اتم فسفر تغییر چندانی در مقدار گاف مشاهده نمی شود. این آلیاژ در 75/0 و 25/0 x=یک نیمرسانا با گاف انرژی غیرمستقیم، بین نقاط ? و x و در 5/0 x=یک نیمرسانا با گاف انرژی غیرمستقیم بین نقاط m و ? است. محاسبات مربوط به چگالی حالت ها برای آلیاژهای bnxp1-x و bnxas1-x در هر سه درصد 25، 50 و 75 نشان می-دهد که سهم عمده چگالی حالت ها در پائین و بالای سطح فرمی، تقریباً مربوط به اوربیتال p2 اتم نیتروژن می باشد. اما در آلیاژ bpxas1-x، سهم عمده چگالی حالت ها در پائین و بالای سطح فرمی تقریباً مربوط به اوربیتال های p هر سه اتم یعنی p2 اتم بور، p3 اتم فسفر و p4 اتم آرسنیک می باشد. در گام بعدی خواص اپتیکی این ترکیبات با اندازه گیری ثابت دی الکتریک، بخش های حقیقی و موهومی تابع دی الکتریک، تابع اتلاف انرژی الکترون ((eels، ضرایب شکست، بازتاب، جذب و خاموشی محاسبه شده است. نتایج محاسبات حاکی از آن است که سهم اصلی در انتقال های اپتیکی و منشأ ساختارهای موجود در طیف های اپتیکی bn، bp و bas به ترتیب ناشی از (حالت های p2 اتم نیتروژن به عنوان حالت اولیه و حالت های s2 اتم بور و نیتروژن به عنوان حالت های نهایی)، (p2 اتم بور و p3 اتم فسفر به s2 اتم بور و 3d اتم فسفر)، (p2 اتم بور و p4 اتم آرسنیک به s2 اتم بور) می-باشد. در آلیاژهای bnxp1-x (bnxas1-x) برای هر سه درصد 25، 50 و 75، سهم اصلی در گذارهای اپتیکی برای حالت های اولیه مربوط به اوربیتال p2 اتم نیتروژن می باشد و برای حالت های نهایی به ترتیب درصدها مربوط به، s2 اتم نیتروژن و 3d اتم فسفر (s2 اتم بور)، 3d اتم فسفر و s2 اتم نیتروژن (s2 اتم نیتروژن و بور) و 3d اتم فسفر (s2 اتم نیتروژن و بور و d4 اتم آرسنیک) می باشد. اما مطابق آنالیز نواری صورت گرفته برای آلیاژ bpxas1-x، در هر سه درصد ذکر شده، اوربیتال های p هر سه اتم بور، فسفر و آرسنیک به عنوان حالت های اولیه نقش اصلی در گذارهای اپتیکی را به عهده دارند و حالت های نهایی به ترتیب درصدهای 25، 50 و 75 مربوط به 3d اتم فسفر، 3d اتم فسفر و s2 اتم بور، 3d اتم فسفر می باشد. بررسی طیف اتلاف انرژی الکترون ((eels منجر به یک پیک پلاسمونی در انرژی های 82/35، 68/22 و32/21 الکترون ولت به ترتیب برای ترکیب های bn، bp و bas می-شود. همچنین پیک پلاسمونی در آلیاژهای bnxp1-x (bnxas1-x) برای 75/0 و5/0 ،25/0x= به ترتیب برابر 92/22 (54/22)، 18/25 در راستای x و 15/25 در راستای z (17/24 در راستای x و 85/23 در راستای z) و 21/29 (98/27) الکترون ولت می باشد. اما برای آلیاژ bpxas1-x مقدار پیک پلاسمونی در درصدهای ذکر شده به ترتیب برابر 59/21، 83/21 در راستای x و 94/21 در راستای z ، ev 13/22 می باشد. در پایان می توان گفت، انطباق مطلوبی میان نتایج محاسباتی ما با نتایج تجربی حاصل شده است.