تأثير الانفعال ثنائي المحور على الخصائص الإلكترونية والبصرية لمتغاير البنى SiTe/SiH
Effect of Biaxial Strain on the Electronic and Optical Properties of SiTe/SiH Heterostructures
- الباحث
- شيماء عامر عيسى محمد الرفاعي
- المشرف
- حمد رحمن جبر
- الجامعة
- جامعة بابل
- الكلية / القسم
- كلية التربية للعلوم الصرفة / الفيزياء
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2024
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Biaxial strain; SiTe/SiH heterostructure; Electronic properties; Optical properties
الملخص
احد مجالات الدراسة الاكثر اهتماما في انتاج الطاقة المتجددة هو تقسيم المياه بكفاءة عالية الذي يعتمد على الطاقة الشمسية هناك حاجه ماسه للمزيد من المحفزات الضوئية الواعدة التي يمكن ان تعمل تحت اشعاع الضوء المرئي وهنا استنادا الى نظريه الكثافة الضوئية اثبتنا ان الطبقات الاحادية SiHو β-SiTe ثنائية الابعاد تظهر فجوه نطاق غير مباشره ومواقع حافه النطاق المناسبة لتقسيم الماء بالتحفيز الضوئي باستخدام نهج PBE وجدنا ان قيم فجوة النطاق للطبقة الاحادية SiH و β-SiTe هي 2.19 الكترون فولت و 1.86 الكترون فولت على التوالي، كانت فجوه النطاق المصححة باستخدام HSE06 لـ SiH و β-SiTe هي 2.93 الكترون فولت و 2.43 الكترون فولت على التوالي . من المثير للدهشة ان دراسات خصائص التحفيز الضوئي اظهرت ان الطبقات الاحادية SiH و β-SiTe تعمل كمحفزات ضوئية فعاله لإنتاج الهيدروجين واكدت نتائجنا ان اعلى قمه لمعامل الامتصاص لطبقه الاحادية SiH هي في منطقه الأشعة فوق البنفسجية على وجه التحديد عند الطاقة 7.90 الكترون فولت بينما تمتلك الطبقة الأحادية β-SiTe قمتي امتصاص في منطقه الأشعة فوق البنفسجية عند الطاقات ( 9.22 و7.18 ) الكترون فولت , تشير النتائج المعروضة هنا الى ان SiH و β-SiTe يمكن ان يكون مفيدين في التطبيقات الديناميكية الحرارية وبناء الخلايا الكهروضوئية والمحفزات ومن خلال تراص الطبقة الأحادية اعلى الطبقة الأحادية تم انتاج تركيب متغاير SiH / β-SiTe من قوى فاندرفالس الضعيفة , تم فحص الاستقرار الديناميكي والحراري وبنيه النطاق الالكتروني والخصائص البصرية وقدرات التحفيز الضوئي للتركيب المتغاير β-SiTe/SiH بشكل شامل بناءاً على نظريه الكثافة الوظيفية . واظهرت هذه النتائج ان البنية المتغايرة β- SiTe/SiH المستقرة تظهر محاذاة نطاق من النوع الثاني وتمتلك فجوة نطاق غير مباشرة تبلغ 1.725/2.307 الكترون فولت وفقا لطريقة PBE/HSE06 . تشير النتائج التي حصلنا عليها إلى أن السلالة ذات المحورين هي استراتيجية فعالة لتحسين الخصائص قيد النظر. عندما يزيد السلالة ذات المحورين، تقل فجوة النطاق لـ SiTe/SiH خطيًا، وتصل إلى الحد الأدنى لفجوة النطاق عند تعرضها لسلالة قدرها -6%. علاوة على ذلك، تكشف البنية المتغايرة SiTe/SiH عن اتجاه تصاعدي في الخصائص البصرية داخل الطيف المرئي، حيث تبلغ ذروتها في المناطق المرئية والبنفسجية. علاوة على ذلك، يتم الحفاظ على خصائص التحفيز الضوئي عند السلالات من -4% إلى +6% لأن حواف النطاق تلبي الإمكانات القياسية للاختزال والأكسدة. يمكن استخدام تأثير الضغط ثنائي المحور لتنظيم البنية المتغايرة SiTe/SiH، مما يعزز بسلاسة فصل الموجة الحاملة المولدة ضوئيًا. وبالتالي، يعد الهيكل المتغاير خيارًا مثاليًا لتطبيق الخلايا الكهروضوئية والتحفيز الضوئي نظرًا لامتصاصه البصري العالي وخصائص التحفيز الضوئي والإلكترونية القابلة للتعديل.
Abstract
One of the most interesting study areas in renewable energy production is highly efficient water splitting that relies on solar energy. More promising photocatalysts which can operate under irradiation from visible light are vitally required. Herein, based on the density functional theory, we demonstrated that two-dimensional SiH and β-SiTe monolayers exhibit indirect bandgap and suitable band edge locations for photocatalytic splitting of water. Using the PBE approach, we found that the bandgap values for the SiH and β-SiTe monolayer are 2.19 eV and 1.86 eV, respectively. The rectified bandgaps using the HSE06 function for SiH and β-SiTe were 2.93 eV and 2.43 eV, respectively. Surprisingly, photocatalytic property studies demonstrated that SiH and β- SiTe monolayers act as efficient photocatalysts for the production of hydrogen. Our outcomes emphasized that the highest peak of the absorption coefficient of SiH monolayer is 17.1×104 cm-1 in the UV region specifically at energy 7.90 eV. While β-SiTe monolayer has two peaks absorption of (13.5×104 and 8.1×104) cm-1 in the UV region at energies (7.18 and 9.22) eV. The results presented here imply that the SiH and β- SiTe could be useful in thermodynamic applications and the construction of photovoltaic cells and catalysts. By stacking the SiTe monolayer on top of the SiH monolayer, a new β-SiTe/SiH heterostructure van der Waals has been produced. The dynamical and thermal stability, electronic band structure, optical characteristics, and photocatalytic capabilities of the SiTe/SiH heterostructure were comprehensively examined based on the density functional theory. These results demonstrated that the stable SiTe/SiH heterostructure exhibits a type II band alignment and possesses an indirect band gap of 1.725 eV/2.307 eV according to the PBE/HSE06 method. The results we obtained indicate that biaxial strain is an effective strategy for improving the properties under consideration. When the biaxial strain increases, the band gap of SiTe/SiH decreases linearly, reaching a minimum band gap when subjected to a strain of −6%. Moreover, the SiTe/SiH heterostructure reveals an upward trend in optical properties within the visible spectrum, peaking in the visible and violet regions. Furthermore, the photocatalytic characteristics conserved at strains from -4% to +6% because the band edges satisfy the reduction and oxidation standard potentials. A biaxial strain influence may be used to regulate the SiTe/SiH heterostructure, which smoothly enhances photogenerated carrier segregation. Consequently, the heterostructure is a perfect choice for photovoltaic application and photocatalysis due to its high optical absorption, and adjustable photocatalytic and electronic properties.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.