مطالعه ويژگي الكتروني نانو ورقه هاي كربايد سيليسيم، كربايد ژرمانيوم و كربايد قلع با استفاده از نظريه ي تابعي چگالي و تقريب هاي GGA, LDA و TB-mBJ

Study the electronic properties of SiC, GeC and SnC nano-sheets using density functional theory with GGA, LDA and TB-mBJ approximations

در اين مقاله خواص الكتروني نانو ورقه هاي شبه گرافني كربايد سيليسيم، كربايد ژرمانيوم و كربايد قلع مورد بررسي قرارگرفته است. محاسبات اين پژوهش بر اساس نظريه ي تابعي چگاليDFT با استفاده از روش امواج تخت تقويت شده ي خطي با پتانسيل كامل (FP-LAPW) و به كارگيري سه تقريب GGA, LDA و TB-mBJ به روش خودسازگار انجام شده است. بررسي چگالي حالت ها نشان مي دهد كه اوربيتال هاي pكربن در نوار رسانش و ظرفيت بيش ترين سهم را در هر سه نانو ورقه دارند. محاسبات ساختار نواري در هر سه تقريب نشان مي دهد كه نوع گاف انرژي در نانو ورقه هايSiC ،GeC و SnC به ترتيب مستقيم، مستقيم و غير مستقيم است. همچنين مقدار گاف در تقريب TB-mBJ براي اين نانو به ترتيب برابر 3/31 ، 2/93 و 1/38 الكترون ولت برآورد شد كه نسبت به دو تقريب ديگر به طور قابل ملاحظه اي بيشتر است. بنابراين نانو ورقه-هاي GeC, SiC به دليل دارا بودن گاف انرژي مستقيم و نسبتا بزرگ مي توانند در صنعت الكترواپتيك مورد توجه واقع شوند. درصد يوني بودن پيوندها با استفاده از رابطه ي پايولي و محاسبات چگالي الكتروني بررسي شد. نتايج نشان مي دهد كه نوع پيوند در نانو ورقه هاي مورد بحث كووالانسي و درصد يوني پيوندها در نانو ورقه هاي SiC, GeC و SnC به ترتيب 10، 7 و 8 درصد است.

In this paper, electronic properties of nano-sheets of silicon carbide, germanium carbide and tin carbide have been investigated. The calculations were performed based on the density functional theory (DFT) using full potential augmented plane wave (FP-LAPW) method. In our calculation we used GGA, LDA and TB-mBJ approximations for the exchange-correlation potential. Density of states calculations shows that the carbon p-orbitals have the highest contribution to the conduction and valance bands in the three nano-sheets. The band structure calculations show that the band gap in SiC, GeC and SnC nano-sheets is direct, direct and indirect, respectively. The band gaps calculated by the TB-mBJ approximation for these nano-sheets were obtained about 3.31, 2.93 and 1.38 eV, respectivly, which are significantly higher than the band gap calculated by the two other approximations. Therefore, due to the direct and relatively large energy bands, SiC and GeC nano-sheets can be considered in the nano electro-optic devices. The percentage of ionization of the bonds was investigated using Pauli's relation and electron density calculations. The results show that the type of the bonds is covalent and the percentage of ionization of the bonds in the SiC, GeC and SnC are 10, 7 and 8 percent, respectively.