مطالعه ابتدا به ساکن خواص اپتیکی و الکترونی کالکوژنیدهای چهارتایی در ساختارهای kesterite و stannite

اخیراً، نیم رساناهای کالکوژنید چهارتایی i2-ii-iv-vi4 به علت کاربرد بالقوه آنها به عنوان جاذب های سلول خورشیدی، فوتوکاتالیست برای تجزیه نوری آب، مواد ترموالکتریکی، جذب اپتیکی بالا ( > 104× 1)، و برای خواص مگنتو اپتیکی و مولتی فرویک در حضور mn ، مورد علاقه وسیعی قرار گرفته اند. ترکیبات چهارتایی i2-ii-iv-vi4 از طریق یک جانشینی کاتیونی عرضی در ترکیبات سه تایی i-iii-vi2 استخراج شده اند ، به این صورت که نیمی از اتم های گروه iii در ترکیبات سه تایی، با اتم های گروه ii و نیمی دیگر از آنها با اتم های گروه iv جایگزین می شوند. برای این ترکیبات چهارتایی تاکنون چهار نوع ساختار به نام های کستریت (ks)، استنیت (st)، ورتسایت- کستریت (wks) و ورتسایت- استنیت (wst) گزارش شده است. با محاسبه انرژی کل، ساختار استنیت (چهارگوشی گروه فضایی i4 ?2m) برای کالکوژنیدهای cu2cdgex4(x=se,te) و cu2cdsnm4(m=s,se,te)، ساختار حالت پایه است. کالکوژنید cu2cdges4 در ساختار ورتسایت- استنیت (راست گوشه گروه فضایی pmn21) متبلور می شود. در این مطالعه، ما با استفاده از روش امواج تخت بهساخته خطی با پتانسیل کامل (fp-lapw) در چارچوب نظریه تابعی چگالی، ویژگی های الکترونی و اپتیکی ترکیبات چهارتایی i2-ii-iv-vi4(i=cu; ii=cd; iv=ge,sn; vi= s,se,te) را در ساختار حالت پایه شان بررسی کرده ایم. برای سهم تبادلی- همبستگی از تقریب شیب تعمیم یافته با تابعی پردو و همکاران استفاده شده است. محاسبات الکترونی این کالکوژنیدها، محدود به محاسبه چگالی حالت های کلی و جزئی اتم های مختلف آنها و بررسی ساختار نواری می باشد. بر اساس ساختار نواری در تمام این ترکیبات، بالاترین نوار ظرفیت (vbm) عمدتاً توسط p اتم کالکوژن و d کاتیون گروه i تشکیل می شود، در حالی که پایین ترین نوار رسانش (cbm) اساساً توسط p اتم کالکوژن و s کاتیون گروه iv تشکیل شده است. محاسبات ساختار نواری نشان می دهد که همه ترکیبات به جز cu2cdgete4 ، نیم رسانا و دارای گاف انرژی مستقیم در نقطه ? در مرکز ناحیه بریلوئن می باشند. در ترکیب cu2cdgete4 کمینه نوار رسانش در نقطه n زیر تراز فرمی قرار دارد و تراز فرمی را قطع می کند و بیشینه نوار ظرفیت در بالای تراز فرمی در نقطه ? قرار دارد. ویژگی های اپتیکی با اندازه گیری قسمت های حقیقی و موهومی تابع دی الکتریک، ضریب جذب، طیف اتلاف انرژی الکترون، بازتابندگی، ضریب شکست و ضریب خاموشی محاسبه شده است. ساختارهای اصلی در طیف های قسمت حقیقی و موهومی تابع دی الکتریک بحث شده است. همچنین موقعیت شاخص ترین پیک در طیف اتلاف انرژی الکترون که متناظر با پلاسمون حجمی می باشد، برای این ترکیبات مشخص و به طور مفصل در مورد آنها بحث کرده ایم. ضمناً ما برای این ترکیبات یک ضریب جذب خیلی بالا و یک طیف جذب پهن به دست آوردیم که این امر دلیل قاطعی برای استفاده از این ترکیبات، به عنوان لایه جاذب در سلول های خورشیدی فیلم نازک می باشد. علیرغم کاربرد و اهمیت فراوان این ترکیب ها تاکنون مطالعه ای روی خواص اپتیکی این ترکیب ها صورت نگرفته است، لذا امید است که محاسبات ما بتوانند به عنوان یک مرجع برای مطالعات آینده به کار روند.