محاسبه تابع دی الکتریک و ضریب جذب کالکوژنیدهای چهارتایی cu2znmx4(m=sn,ge ; x=s,se,te)

در امتداد توسعه ی رو به رشد ترکیبات پیچیده با کیفیت بالا، دسته ی نیمرساناهای چهارتاییi2-ii-iv-vi4 به علت امکان تغییرات فراوان در ترکیب بندی شیمیایی و به دنبال آن بهینه سازی کارکردشان، به طور گسترده مورد توجه واقع شده اند. آزادی های ساختاری و شیمیایی فراوان این کالکوژنیدها استفاده از این ترکیبات را در کاربردهای چندگانه از جمله فوتوولتائیک ها، اپتیک غیرخطی، ترموالکتریک ها و حتی نارساناهای توپولوژیکی امکان پذیر می سازد.به ویژه در زمینه ی میدان های فوتوولتایی، اخیراً خانواده ی نیمرساناهای چهارتایی بر پایه ی cu، به عنوان جایگزینی برای مواد جاذب فیلم نازک سلول های خورشیدی cu(in,ga)se2(cigs) و cdte بسیار مورد توجه قرارگرفته اند.علی رغم بازدهی بالای سلول های خورشیدی cdte و cigs ، عناصر آن ها مانند in ، ga و te در پوسته ی زمین کمیاب هستند و استفاده از عنصر سمی کادمیم در بعضعی از کشورها ممنوع شده است. لذا ترکیبات چهارتایی ازجمله cu2znsns4(czts) و cu2znsnse4(cztse) به علت داشتن خواص اپتیکی مناسب ( انرژی گافی در حدود 5/1 الکترون ولت و ضریب جذب بالا از مرتبه ی cm-1 104 ) و همچنین عناصر فراوان و غیرسمی می توانند جایگزین مناسبی برای سلول های خورشیدی آینده باشند.در این مطالعه خواص الکترونی و اپتیکی شش ترکیب چهارتایی بر پایه ی cu با فرمول cu2znmx4 (m=ge,sn ; x=s,se,te) با استفاده از روش امواج تخت بهساخته ی خطی در پتانسیل کامل (fplapw) در چارچوب نظریه تابعی چگالی(dft) مورد بررسی قرارگرفته است و نتایج بدست آمده با داده های تجربی موجود مقایسه شده ا ند.برای این ترکیبات، در مقالات دو نوع ساختار تتراگونال کستریت گونه (ks) و استنیت گونه (st) شناخته شده هستند.در حالی که در آزمایشات تجربی به نظر می رسد st ساختار حالت پایه است، مطالعات نظری پیشگویی می کنند که ks از نظر انرژی پایدارتر است. در کار حاضر همسو با مطالعات نظری فاز ks مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعه ی خواص الکترونی با بررسی ساختار نواری و طیف چگالی حالت این ترکیبات با استفاده از دو تابعی pbe و ev انجام شده است.مطابق با محاسبات ساختار نواری، این ترکیبات نیمرسانا و دارای ساختار نواری مشابه ای هستند. آنالیز ساختار نواری به همراه چگالی حالت ها نشان می دهد که نوارهای ظرفیت (اشغال شده) نزدیک لبه ی نوار از هیبریداسیون قوی بین حالت های cu d و x p استخراج می شوند در حالی که نوار رسانش از حالت های m s و x p تشکیل شده است.خواص اپتیکی ترکیبات بر حسب توابع دی الکتریک، ضرایب جذب، بازتاب و خاموشی، شاخص شکست و طیف اتلاف انرژی الکترون در تقریب فاز کاتوره ای (rpa) مورد بررسی قرار گرفته است.