Electronic and magnetic properties of hexagonal ZnSeS solid solutions modified by Cr impurity and the anion concentration

Editorial Board PCSS Journal; С.В. Сиротюк; M.K. Хуссейн; Р.А. Наконечний

doi:10.15330/pcss.26.2.420-425

Автор(и)

С.В. Сиротюк Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів, Україна
M.K. Хуссейн Кафедра електротехнічної інженерії, Університетський коледж Аль-Хусейна, м. Кербела, Ірак
Р.А. Наконечний Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.2.420-425

Ключові слова:

Тверді розчини ZnSeS, 3d Домішки, Електронна енергетична структура, Магнітний момент

Анотація

Спін-поляризовані електронні енергетичні спектри твердого розчину ZnSeS отримано на основі розрахунків для суперкомірки, що містить 64 атоми. Розраховано електронні властивості матеріалів на основі двох суперелементів, а саме Zn₃₁Cr₁Se₈S₂₄ та Zn₃₁Cr₁Se₂₄S₈, де Cr заміщує атом Zn. Результати розрахунків показують, що обидва матеріали є напівпровідниками для електронних станів зі спіном вниз. Для протилежного спінового моменту електронів обидва матеріали виявляють металеві стани. Для обох матеріалів встановлено значний вплив домішки заміщення Cr на їхні електронні та магнітні властивості. Обидва досліджені тут матеріали є напівметалами, тому вони є перспективними матеріалами для спінової електроніки.

Посилання

M.A. Avil´es, F.J. Gotor, Tuning the excitation wavelength of luminescent Mn2+-doped ZnSxSe1-x obtained by mechanically induced self-sustaining reaction, Optical Materials 117, 111121 (2021); https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111121.

T. Homann, U. Hotje, M. Binnewies, A. Börger, K.D. Becker, T. Bredow, Composition-dependent band gap in ZnSxSe1–x: a combined experimental and theoretical Study, Solid State Sci. 8, 44 (2006); https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2005.08.015.

M. Wang, G.T. Fei, Y.G. Zhang, M.G. Kong, L.D. Zhang, Tunable and predetermined bandgap emissions in alloyed ZnSxSe1–x nanowires, Adv. Mater. 19, 4491 (2007); https://doi.org/10.1002/adma.200602919.

H.X. Chuo, T.Y. Wang, W.G. Zhang, Optical properties of ZnSxSe1-x alloy nanostructures and their photodetectors, J. Alloys Compd. 606, 231 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.04.004.

D. Wu, Y. Chang, Z. Lou, T. Xu, J. Xu, Z. Shi, Y. Tian, X. Li, Controllable synthesis of ternary ZnSxSe1-x nanowires with tunable band-gaps for optoelectronic applications, J. Alloys Compd. 708, 623 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.012.

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.

Yu-J. Zhao, P. Mahadevan, A. Zunger, Practical rules for orbital-controlled ferromagnetism of 3d impurities in semiconductors, J. Appl. Phys.98, 113901 (2005); https://doi.org/10.1063/1.2128470.

Y. Wei, Ch. Liu, E. Ma, T. Wang, W. Jie, Optical properties of mid-infrared Cr2+:ZnSe single crystals grown by chemical vapor transporting with NH4Cl, Opt. Optical Materials Express, 11, 664 (2021); https://doi.org/10.1364/OME.416315.

Y. C. Wei, C. Y. Liu, E. Ma, Z. Y. Lu, F. Y. Wang, Y. C. Song, Q. H. Sun, W. Q. Jie, T. Wang, The optical spectra characteristic of Cr2+:ZnSe polycrystalline synthesized by direction of Zn-Cr alloy and element Se, Ceram. Int. 46, 21136 (2020); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.05.190.

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).

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, A.Y. Nakonechnyi, Yu.V. Klysko, H.I. Vlakh-Vyhrynovska, Z.E. Veres, Electronic and magnetic properties of ZnSeS solid solution modified by Mn impurity, Zn vacancy and pressure, Phys. Chem. Solid State, 25, 65 (2024); https://doi.org/10.15330/pcss.25.1.65-72.

[S.V. Syrotyuk, A.Y. Nakonechnyi, Yu.V. Klysko, M.V. Stepanyak, V.M. Myshchyshyn, Electronic and Magnetic Properties of the Wurtzite Solid Solution Mn:ZnSeS, J. Nano- Electron. Phys., 16, 05033 (2024); https://doi.org/10.21272/jnep.16(5).05033.

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.