Полупроводники

Ab initio расчет структуры и частотные зависимости диэлектрических свойств новых полупроводников TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$ ($x$ = 0.001 и 0.005)

С. Н. Мустафаева^a, С. М. Асадов^bc, С. С. Гусейнова<sup>ad

a</sup> Институт физики МНОA, Баку, Азербайджан
^b Институт катализа и неорганической химии им. М.Ф. Hагиева МНОA, Баку, Азербайджан
^c НИИ "Геотехнологические проблемы нефти, газа и химия" АГУНП, Баку, Азербайджан
^d Университет Хазар, Баку, Азербайджан

Аннотация: Проведены исследования моноклинной структуры TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$ в рамках теории функционала плотности (DFT). Рассмотрены случаи замещения атомов индия тулием. Параметры элементарной ячейки определялись в оптимизированных суперъячейках TlInS$_2$ с учетом приближения локальной плотности. На основе расчетов моноклинной структуры с пространственной группой $C/2c$ (координационное число $Z$ = 16, N 15) теоретически определены параметры решетки для слоистого кристалла TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$ и сопоставлены с экспериментальными результатами. В кварцевых ампулах были синтезированы новые полупроводниковые поликристаллы составов TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$ ($x$ = 0, 0.001 и 0.005), из которых методом направленной кристаллизации выращены соответствующие монокристаллы. Анализ рентгеновских дифрактограмм показывает, что все составы TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$ имеют устойчивую моноклинную сингонию с пр. гр. $C/2c$. Вычисленные параметры элементарной ячейки образцов TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$ подтверждают это. В монокристаллах изучены диэлектрические свойства в переменных электрических полях частотой $f$ = 5 $\cdot$ 10$^4$–3.5 $\cdot$ 10$^7$ Hz при комнатной температуре. Установлены релаксационный характер диэлектрической проницаемости, природа диэлектрических потерь, а также прыжковый механизм переноса заряда в образцах TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$. С использованием модели Мотта рассчитаны параметры локализованных состояний в кристаллах образцов TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$. Показано, что по сравнению с нелегированным TlInS$_2$ проводимость на переменном токе, плотность локализованных состояний вблизи уровня Ферми, среднее расстояние и время прыжков носителей заряда в TlIn$_{1-x}$Tm$_x$S$_2$ увеличиваются.

Ключевые слова: моноклинная структура, DFT LDA, монокристалл TlInS$_2$, влияние легирования, примесь тулия, параметры элементарной ячейки, диэлектрическая проницаемость, прыжковая проводимость, частотная дисперсия, диэлектрические потери.

Поступила в редакцию: 03.02.2024
Исправленный вариант: 03.02.2024
Принята в печать: 04.02.2024

DOI: 10.61011/FTT.2024.04.57789.8

Реферативные базы данных:

•