Electronic and magnetic properties of ZnSeS solid solution modified by Mn impurity, Zn vacancy and pressure

С.В. Сиротюк; А.Й. Наконечний; Ю.В. Клиско; Г.І. Влах-Вигриновська; З.Є. Верес

doi:10.15330/pcss.25.1.65-72

Автор(и)

С.В. Сиротюк Національний університет "Львівська політехніка", Львів, Україна
А.Й. Наконечний Національний університет "Львівська політехніка", Львів, Україна
Ю.В. Клиско Національний університет "Львівська політехніка", Львів, Україна
Г.І. Влах-Вигриновська Національний університет "Львівська політехніка", Львів, Україна
З.Є. Верес Національний університет "Львівська політехніка", Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.1.65-72

Ключові слова:

Тверді Розчини AIIBVI, Точкові Дефекти, Тиск, Електронна Структура

Анотація

Поляризовані за спіном електронні енергетичні спектри твердого розчину ZnSeS отримані на основі розрахунків для надкомірки, яка містить 64 атоми. На першому етапі підраховані властивості матеріалу на основі надкомірки Mn:ZnSeS, у якій Mn заміщує атом Zn. Результати підрахунку виявляють, що матеріал є напівпровідником для обидвох орієнтацій спіна. Другий етап грунтується на одночасній присутності домішки Mn і катіонної вакансії. Порівняння результатів перших двох етапів дозволяє виявити значні зміни електронної енергетичної структури, зумовлені катіонною вакансією. Матеріал з вакансією виявляє металеві властивості для обидвох орієнтацій спіна. Третій етап реалізований для надкомірки без вакансії, але під дією гідростатичного тиску. Матеріал виявляє напівпровідникові властивості для обидвох значень спінового моменту. На четвертому етапі розглянута надкомірка Mn:ZnSeS з вакансією і під дією тиску. За наявності тиску і вакансії V_Zn матеріал ZnMnSeS виявляє металеві властивості для обидвох орієнтацій спіна. Матеріал з вакансією і під дією тиску можна характеризувати як магнітний метал.

Посилання

O.G. Trubaieva, M.A. Chaika, A.I. Lalayants, The growth, structure and luminescence properties of ZnSe1-xSx materials, Lith. J. Phys., 58(3), 254 (2018); https://doi. org/10.3952/physics.v58i3.3813.

V.A. Litichevskyi, A.D. Opolonin, S.N. Galkin, A.I. Lalaiants, E.F. Voronkin, A dual-ener¬gy X-ray detector on the basis of ZnSe(Al) and LGSO(Ce) composite scintillators, Instrum. Exp. Tech. 56, 436 (2013); https://doi.org/10.1134/S0020441213040209.

U. Hotje, C. Rose, M. Binnewies, Lattice constants and molar volume in the system ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, Solid State Sci. 5, 1259 (2003); https://doi.org/10.1016/S1293-2558(03)00177-8.

K.A. Katrunov, A.L. Lalayants, V.N. Baumer, S.N. Galkin, L.P. Galchinetskii, and E.J. Brilyova, Peculiarities of scintillation materials based on ZnS–ZnTe solid solutions, Funct. Mat. 20, 384 (2013); https://doi.org/10.15407/fm20.03.384.

Y. Shirakawa, H. Kukimoto, The electron trap associated with an anion vacancy in ZnSe and ZnSxSe1–x, Solid State Commun. 34, 359 (1980); https://doi.org/10.1016/0038-1098(80)90575-X.

М.М. Slyotov, О.М. Slyotov, Preparation and luminescent properties of zinc sulfoselenide thin films, Phys. Chem. Solid State, 20, 354 (2019); https://doi.org/10.15330/pcss.20.4.354-359.

O.P. Malyk, S.V. Syrotyuk, Heavy hole scattering on intrinsic acceptor defects in cadmium telluride: calculation from the first principles, Phys. Chem. Solid State, 23(1), 89 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.1.89-95.

H.A. Ilchuk, L.I. Nykyruy, A.I. Kashuba, I.V. Semkiv, M.V. Solovyov, B.P. Naidych, V.M. Kordan, L.R. Deva, M.S. Karkulovska, R.Y. Petrus, Electron, phonon, optical and thermodynamic properties of CdTe crystal calculated by DFT, Phys. Chem. Solid State, 23(2), 261 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.2.261-269.

A.I Kashuba, B. Andriyevsky, I.V. Semkiv, H.A. Ilchuk, R.Y. Petrus, Ya.M. Storozhuk, First-principle calculations of band energy structure of CdSe0.5S0.5 solid state solution thin films, Phys. Chem. Solid State, 23, 52 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.1.52-56.

P. Fjodorow, M.P. Frolov, Y.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, C. Schulz, S.O. Leonov, Y.K. Skasyrsky, Room-temperature Fe:ZnSe laser tunable in the spectral range of 3.7–5.3 µm applied for intracavity absorption spectroscopy of CO2 isotopes, CO and N2O, Opt. Express, 29(8), 12033 (2021); https://doi.org/10.1364/OE.422926.

K. Karki, S.Yu, V. Fedorov, D. Martyshkin, S. Subedi, Y. Wu, and S. Mirov, Hot-pressed ceramic Fe:ZnSe gain-switched laser, Opt. Mater. Express, 10, 3417 (2020); https://doi.org/10.1364/OME.410941.

V.I. Kozlovsky, Y.V. Korostelin, Y.P. Podmar’kov, Y.K. Skasyrsky, M.P. Frolov, Middle infrared Fe2+:ZnS, Fe2+:ZnSe and Cr2+:CdSe lasers: new results, J. Phys.: Conf. Ser. 740, 012006 (2016); https://doi.org/10.1088/1742-6596/740/1/012006.

S.V. Syrotyuk, O.P. Malyk, Effect of Strong Correlations on the Spin-polarized Electronic Energy Bands of the CdMnTe Solid Solution, J. Nano- Electron. Phys., 11, 01009 (2019); https://doi.org/10.21272/jnep.11(1).01009.

S.V. Syrotyuk, Moaid K. Hussain, The Effect of Cr Impurity and Zn Vacancy on Electronic and Magnetic Properties of ZnSe Crystal, Phys. Chem. Solid State: 22, 529 (2021); https://doi.org/10.15330/pcss.22.3.529-534.

S.V. Syrotyuk, M.K. Hussain, Influence of Pressure on the Electronic and Magnetic Properties of the ZnSeTe Solid Solution Doped with Fe Atoms, J. Nano- Electron. Phys. 15, 05002 (2023); https://doi.org/10.21272/jnep.15(5).05002.

S.V. Syrotyuk, O.P. Malyk, Yu.V. Klysko, The influence of pressure on the spin-polarized electronic structure of ZnSeTe:T (Т=Cr, Mn, Fe) doped solid solution, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 766, 121 (2023); https://doi.org/10.1080/15421406.2023.2238995.

G. Gulyamov, S.B. Utamuradova, M.G. Dadamirzaev, N.A. Turgunov, M. K. Uktamova, K.M. Fayzullaev, A.I. Khudayberdiyeva, A.I. Tursunov, Calculation of the total current generated in a tunnel diode under the action of microwave and magnetic fields, East Eur. J. Phys. 2, 221 (2023); https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-24.

X. Gonze et al., Recent developments in the ABINIT software package, Comput. Phys. Comm. 205, 106 (2016); https://doi.org/10.1016/j.cpc.2016.04.003.

P.E. Blöchl, Projector augmented-wave method, Phys. Rev. B, 50, 17953 (1994); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.17953.

J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Generalized Gradient Approximation Made Simple, Phys. Rev. Letters 77, 3865 (1996); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865.

M. Ernzerhof, G.E. Scuseria, Assessment of the Perdew–Burke–Ernzerhof exchange-orrelation functional, J. Chem. Phys. 110, 5029 (1999); https://doi.org/10.1063/1.478401.