BeS, BeSe ve BeTe’nin yapısal, elektronik ve dinamik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Anahtar kelimeler: Yarıiletken, BeS, BeSe, BeTe, yoğunluk fonksiyon teorisi, elektronik özellikler, yapısal özellikler, dinamik özellikler, yüksek simetri yönleri, örgü dinamiği, çinkosülfit yapı, sözde potansiyel Bu tezde, BeS, BeSe ve BeTe yarıiletkenlerinin elektronik ve yapısal özellikleri yoğunluk fonksiyon teorisi ile araştırıldı. Yarıiletkenlerin bu model ile bulunan örgü sabitlerinin deneysel bulgularla iyi uyum sağladığı görüldü. Ayrıca, yüksek simetri yönleri boyunca bu yarıiletkenlerin elektronik özellikleri ortaya konuldu. Özellikle BeTe'nin elektronik yapısının T-X yönü boyunca deneysel bulgularla çok iyi uyum gösterdiği gözlendi. Bu çalışmanın asıl amacı, bu yarıiletkenlerin dinamik özelliklerini yoğunluk fonksiyon teorisini kullanarak araştırmaktı. Bu konuyu seçmemizin nedeni ise; kızılötesi, Raman ve nötron saçılım spektrumları, özısı, termal genleşme ve ısı iletimi gibi katıların pek çok fiziksel özelliklerinin onların örgü dinamiği ile açıklanabilir olmasıdır. Metallerin özdirenci, süperiletkenlik, optik spektrumun sıcaklığa bağlılığı gibi özellikler ise elektron fonon etkileşimine dayanan özelliklerin sadece birkaçıdır. Esasında, bu olayların fonon davranışlarıyla açıklanabilir olması katılarla ilgili şu anda sahip olduğumuz kuantumsal bilgilerin doğru olduğunun en önemli kanıtı sayılır. Bu tezde, yüksek simetri yönleri için fonon modlarının dispersiyon eğrileri ve X simetri noktası için titreşim şablonları da sunulmuştur. Bölge merkezindeki fonon modlan için hesaplanan sonuçlarımızın Raman sonuçlan ile iyi uyum sağladığını gördük. Bu yarıiletkenlerin LO ve TO dallarının dağılımının daha önce çalışılmış olan pek çok I-VTI, II-VI, Itl-V ve IV-IV yaniletkenlerindekinden farklı olduğunu gördük. Bu yarıiletkenlerde genellikle TO dalı LO dalının altında uzanmaktadır. Özellikle, Be elementi ile S, Se ve Te elementleri arasındaki büyük kütle farkına bağlı olarak X Brillouin bölge sınırında TO modunun frekansı LO modunun frekansından oldukça küçüktür. Çinkosülfit veya kaya tuzu yapısındaki yarıiletkenler için LO modu frekansının TO modu frekansından büyük olması kütle oranının yaklaşık olarak 2'den büyük olması koşuluyla sağlanmaktadır (Bkz Tab 3.4). IX

INVESTIGATION OF THE STRUCTURAL, DYNAMICAL AND ELECTRONIC PROPERTIES OF BE-CHALCOGENIDS SUMMARY Keywords: Semiconductor, Be-chalcogenids, structural properties, electronic properties, dynamical properties, density functional theory, high symmetry directions, lattice dynamics, zincblende structure, pseudopotential In this thesis, structural and electronic properties of BeS, BeSe and BeTe are investigated within density functional theory. It is found that the produced lattice constants of these materials by this model are in good agreement with experimental findings. In addition to this we have presented electronic structures of these materials along with the high symmetry directions. In particular the electronic structure of BeTe shows a very good agreement with experimental data along the T-X direction. The main aim of this work is to apply this model to dynamical properties of these semi-conductors. The reason why we have studied this topic is that a wide variety of physical properties of solids depend on their lattice dynamical behaviour; infrared, Raman, neutron diffraction spectra, specific heats, thermal expansion and heat conduction; phenemona related to the electron phonon interaction such as the resistivity of metals, superconductivity and the temperature dependence of optical spectra are just a few of them. As a matter of fact the ability of understanding these properties in terms of phonons is considered to be one of the most convincing pieces of evidence that our current quantum picture of solids is correct. Thus along with the high symmetry directions the phonon dispersion curves, density of states and along with the X direction vibrational patterns of the selected phonon modes are also presented in this thesis. From our results, we have found that the calculated zone center phonon modes are in good agreement with Raman results. The dispersion of the LO and TO branches in these materials are found to be different for many studied I- VII, II- VI, ni-V and IV-IV materials. In these materials the TO branch in general lies below the LO branch. In particular, due to the huge mass difference between Be and the chalcogens, at the Brillouin zone edge X the frequency of the TO mode is significiantly lower than the frequency of LO mode. We have hypothesized that the condition of the frequency of LO mode would be higher than the frequency of the TO mode will be satisfied for materials with the zincblende or rocksalt structure with the mass ratio larger than approximately 2 (Look at Table 3.4).