كليدواژه :
همبستگي الكتروني , نانونوارهاي دسته‌مبلي سيليسيني , نظريه تابعي چگالي , تقريب U , cRPA هابارد
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، در ابتدا با استفاده از محاسبات اصول اوليه و در چارچوب نظريه تابعي چگالي، ساختار الكتروني نانونوارهاي دسته‌مبلي سيليسيني به ازاي پهناهاي مختلف، مورد بررسي قرار مي‌گيرد. نتايج حاصل از ساختار نواري نانونوارهاي دسته‌مبلي، وجود يك گاف نواري مستقيم را نشان مي‌دهد، كه با افزايش پهناي نانونوار به صورت نوساني كاهش مي‌يابد. در توصيف دلايل اصلي مؤثر در نظم الكتريكي و مغناطيسي مواد و همچنين در شدت اثرات همبستگي الكتروني، برهم‌كنش كولني مؤثر ميان الكترون‌هاي موضعي، نقش اساسي را ايفا مي‌كند. بدين منظور در ادامه پوشش‌دهي برهم‌كنش كولني را با استفاده از محاسبات اصول اوليه و تقريب فاز تصادفي مقيد (cRPA) در نانونوارهاي دسته‌مبلي سيليسيني بررسي نموده و مقادير كميت‌هاي برهم‌كنش كولني مؤثر (U هابارد) را براي آنها مورد محاسبه قرار مي‌دهيم. مقادير اين كميت‌ها براي نانونوارهاي دسته‌مبلي سيليسيني، قابل توجه بوده و بيشتر از سيليسين اوليه است، كه دلالت بر شدت اثرات همبستگي الكتروني در آنها دارد. با توجه به شدت اثرات محدوديت كوانتومي متفاوت در اين دسته از نانونوارها، مقادير كميت‌هاي برهم‌كنش كولني مؤثر درون- جايگاهي، مشابه نتايج حاصل از ساختار نواري آنها بوده و با افزايش پهناي نانونوار به طور نوساني كاهش مي‌يابد. از طرفي به ازاي اتم‌هاي موجود در لبه‌هاي نانونوار، كميت‌هاي برهم‌كنش كولني مؤثر درون- جايگاهي، مقادير بيشتري را نسبت به اتم‌هاي دروني داشته، كه نشان دهنده پوشش‌دهي كمتر برهم‌كنش كولني ميان الكترون‌هاي موضعي، در لبه‌هاي نانونوار است. در پايان نتايج حاصل از بررسي كميت‌هاي برهم‌كنش كولني مؤثر برون جايگاهي، نشان مي‌دهند كه برهم‌كنش كولني در فواصل كوتاه، به طور ضعيف پوشش داده شده و در فواصل دورتر در حدود 12 آنگستروم پوشش داده نمي‌شود، كه با محاسبات اصول اوليه صورت گرفته در مورد دستگاه‌‌هايي با ابعاد پايين، مطابقت دارد. اين پوشش‌دهي كم به طور خاص در فواصل دورتر، مي‌تواند وجود تصحيحات شبه‌ذره اي قابل توجه در تقريب GW و انرژي پيوندي اكسيتوني بزرگ را در نانونوارهاي دسته‌مبلي سيليسيني توضيح دهد
چكيده لاتين :
In this study, the electronic structure of armchair silicene nanoribbons (ASiNRs) is investigated for various widths using first-principle calculations and the framework of the density functional theory. Electronic structure of ASiNRs shows a direct band gap which is decreased with increasing the nanoribbon's width, showing an oscillatory behavior. The effective Coulomb interaction between localized electrons plays an important role in describing the reason underlying the electronic and magnetic ordering of the material, as well as the intensity of the correlation effects. Thus, we further investigate the screening of the Coulomb interaction in ASiNRs by employing ab initio calculations in conjunction with the constrained random-phase approximation (cRPA) and determine the values of effective on-site Coulomb interaction (Hubbard U) for them. The values of Hubbard U parameters for ASiNRs are significant and more than the ones in pristine silicene, indicating a strong correlation effect in these compounds. According to the intensity of different quantum confinement effects in these nanoribbons, the values of on-site Coulomb interaction parameters, similar to the previous results, turn out to be small, which vary as a function of increasing the ribbon widths. Moreover, in the edge of nanoribbon, the effective Coulomb interaction patameters are greater than the inner parts, showing the lower screening of the Coulomb interaction between the localized electrons in the edge of nanoribbon. Finally, the results of the study of the off-site Coulomb interaction show that the Coulomb interaction is weakly screened at short distances, while at large distances if about 12 Å, it is unscreened, which is in a good agreement with the recent studies on the low dimensional systems. This inefficient screening at large distances can explain the existence of a remarkable quasiparticles correction in GW approximation and exciton binding energy in ASiNRs.
