مطالعه خواص الکترونیکی و نوری تک لایه سولفید گالیم آلایش شده با محاسبات اصول اولیه

مقاله حاضر به بررسی رفتار الکترونیکی و نوری سولفید گالیم تک لایه، به عنوان ماده مونوکالکوژنید فلزات واسطه، آلاییده با اتم های گروه چهارم و پنجم جدول تناوبی می پردازد. محاسبات در بسته نرم افزاری سیاستا و مبنی بر نظریه تابعی چگالی، با استفاده از تابع همبستگی تبادلی و تقریب شیب تعمیم یافته صورت گرفته است. آنالیز ساختار الکترونیکی این ماده نشان می دهد تک لایه سولفید گالیم خالص دارای شکاف نوار eV 3/2 و غیرمستقیم می باشد. به منظور بررسی اثرات ناخالصی بر روی این ساختار، اتم های ناخالصی گروه های 4 و 5 در موقعیت اتم گوگرد و گالیم اعمال شدند. غلظت ناخالصی ساختارهای آلاییده 14/1% می باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند حضور این ناخالصی بسته به نوع اتم ناخالصی و قرارگیری در موقعیت مکانی، منجر به گذاری از ماهیت نیمه هادی به فلز، نیمه هادی غیرمستقیم به مستقیم و یا حالت غیرمغناطیسی به مغناطیسی در این ساختار می گردد. بطوری که به عنوان نمونه بکارگیری اتم ناخالصی Sb در موقعیت اتم گوگرد منجر به مغناطیسی شدن ماده و مستقیم شدن شکاف انرژی نیمه هادی می شود، در حالیکه جایگزینی آن با اتم گالیم ماهیت نیمه هادی بودن ساختار با شکاف نوار غیرمستقیم را با انرژی شکاف کمتر حفظ می کند. علاوه بر خواص الکترونیکی، خواص نوری ساختار آلاییده نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان می دهند ساختار GaS تک لایه آلاییده با عناصر گروه چهارم و پنجم راهی را برای کاربردهای نانو الکترونیک، الکترونیک نوری و اسپینترونیک باز می کند.