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Scientific Reports volume 12, Artigo número: 12978 (2022) Citar este artigo

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As propriedades optoeletrônicas da liga ternária Cd0,25Zn0,75Se são relatadas sob a influência de uma alta pressão variando de 0 a 25 GPa, dentro de um potencial de Becke-Jhonson modificado usando a teoria do funcional de densidade. Esta liga tem simetria cúbica, é mecanicamente estável e seu módulo de volume aumenta com a pressão. Observa-se que é um material bandgap direto com uma energia bandgap que aumenta de 2,37 para 3,11 eV com o aumento da pressão. A pressão altera as propriedades ópticas e eletrônicas, fazendo com que o coeficiente de absorção aumente e absorva a luz visível verde a violeta. A constante dielétrica estática, juntamente com o índice estático de refração, aumentam sob a influência da pressão. Constantes ópticas, incluindo constante dielétrica, condutividade óptica, índice de refração, coeficiente de extinção e reflexão, também são investigadas e discutidas. Esta previsão do DFT explora importantes direções de pesquisa para o uso de ligas semicondutoras CdZnSe na fabricação de dispositivos espaciais fotovoltaicos e optoeletrônicos operando em diferentes pressões.

O uso de tecnologia atualizada leva continuamente a novas inovações tecnológicas onde o rápido crescimento das ligas ternárias, bem como a inclusão de novos campos de aplicação e avanço técnico, impõe vários desafios científicos e tecnológicos. Ao ajustar a composição e provocar efeitos de pressão, as propriedades dos semicondutores dos grupos II a VI podem ser adaptadas para usos específicos em dispositivos optoeletrônicos comercializados bem conhecidos que podem funcionar em faixas inteiras do espectro . O bandgap direto dessas ligas desempenha um papel fundamental em inúmeras aplicações intrigantes de dispositivos, incluindo as indústrias optoeletrônica e fotovoltaica, devido ao seu bandgap ajustável sob a influência da composição e da pressão . Fotodetectores de comprimento de onda variável, diodos emissores de luz, sensores de luz, células solares, energia fotovoltaica espacial e dispositivos semelhantes baseados em materiais orgânicos são todas aplicações possíveis para essas ligas ternárias .

As ligas ternárias de CdZnSe são de grande interesse e consideradas atraentes para uso na produção de dispositivos fotoluminescentes, fotocondutores e luminescentes devido à sua maior estabilidade e amplo bandgap9,10,11,12. Filmes finos de semicondutores CdZnSe foram sintetizados para estudar propriedades estruturais, dielétricas e magnéticas por técnicas de epitaxia por feixe molecular (MBE) , eletrodeposição 14, evaporação a vácuo 15 e deposição por banho químico (CBD) . Esses estudos foram realizados para propriedades estruturais16,17, propriedades dielétricas18 e propriedades magnéticas19. A síntese de pontos quânticos CdZnSe também foi relatada por Loghina et al. no qual mediram um bandgap direto de 2,27 eV20. Teoricamente, as características eletrônicas e ópticas foram investigadas usando uma abordagem de pseudopotencial de onda plana sem tratamento de pressão dentro do código CASTEP, enquanto as características termodinâmicas dos semicondutores ternários Cd0.25Zn0.75Se foram exploradas dentro de um modelo teórico para a faixa de temperatura de 0– 1000 K e uma pressão de 0–10 GPa, respectivamente, usando o software Quantum Expresso22. Certas propriedades físicas à pressão ambiente, incluindo características electrónicas e estruturais, também foram analisadas utilizando o método dos primeiros princípios23.

De acordo com nosso entendimento, existe uma lacuna significativa no comportamento da liga ternária Cd0.25Zn0.75Se selecionada, e a falta de informações adequadas nos motivou a explorar suas propriedades optoeletrônicas sob a influência de alta pressão. Este estudo se concentra em fornecer informações teóricas sobre características e análises optoeletrônicas para compreender os fenômenos físicos subjacentes que ocorrem sob a influência de alta pressão. As relações de propriedade estrutural e a estabilidade sob alta pressão são investigadas pela primeira vez e também discutidas. No presente estudo, o método DFT dentro do potencial mBJ foi empregado em conjunto para explorar as propriedades elásticas, eletrônicas, mecânicas e ópticas do semicondutor ternário Cd0.25Zn0.75Se em pressões hidrostáticas distintas. É um passo inicial explorar as características optoeletrônicas deste material sob influência de alta pressão.