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Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12978 (2022) Citare questo articolo

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Le proprietà optoelettroniche della lega ternaria Cd0.25Zn0.75Se sono riportate sotto l'influenza di un'alta pressione compresa tra 0 e 25 GPa, all'interno di un potenziale di Becke-Jhonson modificato utilizzando la teoria del funzionale della densità. Questa lega ha una simmetria cubica, è meccanicamente stabile e il suo modulo di massa aumenta con la pressione. Si osserva che è un materiale con bandgap diretto con un'energia di bandgap che aumenta da 2,37 a 3,11 eV con l'aumento della pressione. La pressione modifica le proprietà ottiche ed elettroniche, facendo aumentare il coefficiente di assorbimento e assorbendo la luce visibile dal verde al viola. La costante dielettrica statica, insieme all'indice statico di rifrazione, aumentano entrambi sotto l'influenza della pressione. Vengono inoltre studiate e discusse le costanti ottiche, tra cui la costante dielettrica, la conduttività ottica, l'indice di rifrazione, il coefficiente di estinzione e la riflessione. Questa previsione DFT esplora importanti direzioni di ricerca per l’utilizzo delle leghe di semiconduttori CdZnSe nella produzione di dispositivi spaziali fotovoltaici e optoelettronici operanti a diverse pressioni.

L'uso di tecnologie aggiornate porta continuamente a ulteriori innovazioni tecnologiche in cui la rapida crescita delle leghe ternarie, così come l'inclusione di nuovi campi di applicazione e progresso tecnico, pone diverse sfide scientifiche e tecnologiche. Regolando la composizione e provocando effetti di pressione, le proprietà dei semiconduttori dei gruppi II-VI possono essere adattate per usi specifici in dispositivi optoelettronici ben noti sul mercato che possono funzionare su intere gamme di spettro1. Il bandgap diretto di queste leghe gioca un ruolo chiave in numerose interessanti applicazioni di dispositivi, comprese le industrie optoelettronica e fotovoltaica, a causa del loro bandgap regolabile sotto l'influenza della composizione e della pressione2. Fotorilevatori a lunghezza d'onda variabile, diodi emettitori di luce, sensori di luce, celle solari, fotovoltaico spaziale e dispositivi simili basati su materiali organici sono tutte possibili applicazioni per queste leghe ternarie2,3,4,5,6,7,8.

Le leghe ternarie CdZnSe sono di grande interesse e si sono rivelate interessanti per l'uso nella produzione di dispositivi fotoluminescenti, fotoconduttivi e luminescenti grazie alla loro maggiore stabilità e all'ampio gap di banda9,10,11,12. Film sottili di semiconduttori CdZnSe sono stati sintetizzati per studiare le proprietà strutturali, dielettriche e magnetiche mediante tecniche di epitassia a fascio molecolare (MBE)13, elettrodeposizione14, evaporazione sotto vuoto15 e deposizione in bagni chimici (CBD)12. Questi studi sono stati condotti per le proprietà strutturali16,17, le proprietà dielettriche18 e le proprietà magnetiche19. La sintesi di punti quantici CdZnSe è stata riportata anche da Loghina et al. in cui hanno misurato un bandgap diretto di 2,27 eV20. Teoricamente, le caratteristiche elettroniche e ottiche sono state studiate utilizzando un approccio pseudopotenziale ad onda piana senza trattamento della pressione all'interno del codice CASTEP21, mentre le caratteristiche termodinamiche dei semiconduttori ternari Cd0.25Zn0.75Se sono state esplorate all'interno di un modello teorico per l'intervallo di temperatura di 0– 1000 K e una pressione di 0–10 GPa, rispettivamente, utilizzando il software Quantum Expresso22. Anche alcune proprietà fisiche a pressione ambiente, comprese le caratteristiche elettroniche e strutturali, sono state analizzate utilizzando il metodo dei principi primi23.

Secondo la nostra comprensione, esiste una lacuna significativa nel comportamento della lega ternaria Cd0.25Zn0.75Se selezionata e la mancanza di informazioni adeguate ci ha motivato a esplorare le sue proprietà optoelettroniche sotto l'influenza dell'alta pressione. Questo studio si concentra sulla fornitura di informazioni teoriche sulle caratteristiche optoelettroniche e sull'analisi per comprendere i fenomeni fisici sottostanti che si verificano sotto l'influenza dell'alta pressione. Per la prima volta vengono studiati e discussi i rapporti tra le proprietà strutturali e la stabilità sotto alta pressione. Nel presente studio, il metodo DFT all'interno del potenziale mBJ è stato impiegato insieme per esplorare le proprietà elastiche, elettroniche, meccaniche e ottiche del semiconduttore ternario Cd0.25Zn0.75Se a pressioni idrostatiche distinte. Si tratta di un primo passo per esplorare le caratteristiche optoelettroniche di questo materiale sotto l'influenza dell'alta pressione.