Many-body theory explored optical properties of selected 2D group II-VI monochalcogenides

İki boyutlu (2B) metal oksitler (MO'lar) ve metal kalkojenitler (MCh'ler), yeni ortaya çıkan 2B malzeme sınıflarıdır. Bileşenlerine bağlı olarak, bu malzemeler, güneş pilleri ve şeffaf devreler gibi birçok aygıt uygulamasında onları umut verici adaylar haline getiren çeşitli elektronik ve optik özellikler gösterebilirler. II-VI'nın ikili grafen benzeri yapıları, 2B MO'ların ve MCh'lerin en basit yapılarıdır. Bu tez çalıçmasında bunların arasından seçilen 2B yapıların (BeO, BaTe, CdO,CaO, CaS, MgO, SrS, SrSe ve ZnO) elektronik ve optik özelliklerini sistematik olarak inceledik. Bu malzemelerin dinamik kararlılıkları önceki çalışmalarda rapor edilmiştir. 2B yarı iletkenlerde eksitonik etkiler optik özelliklerde baskındır. Bu tür özelliklerin teorik olarak araştırılması, standart yoğunluk fonksiyonel teorisinin ötesinde çoklu cisim yaklaşımlarının kullanılmasını gerektirir. Elektronik bant yapısını hesaplamak için tekli GW yaklaşımı kullandık ve eksitonik etkileri dikkate almak için Tamm-Dancoff yaklaşımında Bethe-Salpeter denklemini çözdük. Sonuçlarımız, ZnO ve CdO dışındaki tüm yapıların dolaylı bant aralıklarına sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, dikkate alınan yapılar, CdO'da 0.72 eV ile BeO'da 2.84 eV arasında değişen büyük eksiton bağlanma enerjilerine sahiptir. CdO, 1.43 eV değeri ile hesaplanan en küçük optik bant aralığına sahiptir. Optik soğurma spektrumlarının analizi, CdO'nun optik bant aralığında gelen ışığın %7.9'unu emileceğini ortaya koymaktadır. En yüksek soğurma, ultraviyole bölgesinde gelen ışığın %28'ini soğurabilen BeO'da görülür. Yukarıda bahsedilen yapılar arasında, ZnO ve MgO'nun örgü sabitleri arasında, yanal ve dikey heteroyapılar oluşturmayı vaat eden yakın bir eşleşme vardır. Bireysel tek tabakaların farklı özelliklerinin karıştırılmasından kaynaklanan gelişmiş performans nedeniyle, van der Waals heteroyapıları (vdWH'ler), şu anda üretilmiş veya tahmin edilen çok sayıda 2B malzeme arasında devrim niteliğinde bir sınıf olarak kabul edilir. vdWH'lerin yanı sıra, son çalışmalar, katmanlar arası bağlanma ile 2B heteroyapılar bildirmiştir. Dikey heteroyapıların gelişen özelliklerinden motive olarak, ZnO/MgO yapılarının mekanik, elektronik ve optik özelliklerini dört farklı istiflemede kapsamlı bir şekilde inceledik. Yapısal gevşeme, iki vdWH'yi ve katmanlar arası bağlanmaya sahip iki yapıyı gösterir. Dikkate alınan tüm yapılar mekanik olarak kararlıdır. Ek olarak, fonon dağılım eğrileri, Mg atomunun ZnO katmanının O atomunun üstüne yerleştirilmesiyle oluşturulan AB istifinin de sıfır sıcaklıkta dinamik olarak kararlı olduğunu göstermektedir. Zn atomunun s orbitali, bu yapıların ilk iletim bandının kenarını oluşturur. Optik soğurma spektrumları, güçlü eksitonik etkilerin optik bant aralığını görünür ışık spektrum aralığına indirdiğini ve tüm yapıların gelen ışığın yaklaşık %8'ini soğurabildiğini göstermektedir.