FP-LAPW Calculations Of The Electronic Properties And Structural Phase Transformations In CoO And CdO
Loading...
Date
2009
Authors
Kamal Falah Naji Mustafa
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
In this thesis the Full-Potential Linearized Augmented Plane-Wave (FP-LAPW) method depending on the Density Functional Theory (DFT) was used to find the atomic structures of materials, the electronic properties and to investigate the structural phase transformations of CdO and CoO compounds under high pressure, and to know the conductivity and the ground state for these compounds. In these calculations the gradient generalized approximation (GGA),the local density approximation(LDA), W-Cohen approximation have been used.
For CdO, the equations of state (EOS’s) of rocksalt (RS), zincblende (ZB),cesium chloride (CsCl) and wurtzite (WZ) have been calculated. From these EOS’s the transition under high pressure is occurred from rocksalt (RS) to cesium chloride (CsCl), from wurtzite (WZ) to cesium chloride (CsCl), from wurtzite (WZ) to rocksalt (RS), from zincblende (ZB) to rocksalt (RS), from zincblende (ZB) to cesium chloride (CsCl), and from wurtzite (WZ) to zincblende (ZB). The energy band gaps for all structures of CdO have been calculated. It is ~ - 0.5 eV for RS structure, so this structure indicates to be a semimetal. The CsCl structure indicates to be a semimetal too, because its band gap is ~ - 1.1 eV. The energy band gap is ~ 0.1 eV for ZB structure, which means the CdO compound is a semimetal in this structure. And it is ~ 0.1 eV for WZ structure, so the CdO compound is a semimetal too.The structural properties have also been calculated for all structures. We found the rocksalt (RS) structure is the ground state for CdO compound.
The same work done for CoO and the same method with the same approximations was used, the equations of state (EOS’s) of rocksalt (RS), zincblende (ZB), and cesium chloride (CsCl), have been calculated. From these EOS’s, the transition under high pressure is occurred from rocksalt (RS) to cesium chloride(CsCl, from zincblende (ZB) to rocksalt (RS), and from zincblende (ZB) to cesium chloride (CsCl). The energy band gaps for all structures of CoO have been calculated. It is(- 0.5- 0.17 eV) for ZB, so this structure indicates a semimetal. It is between (0.771.1 eV) For CsCl, which means the CoO compound is a semimetal in this structure. Finally the energy band gaps is between (0.15 0.42 eV) for RS structure by using LDA and W-Cohen methods, so the structure is semimetal, but it is ~ 0.01 eV by using GGA method, so this structure is a semimetal too. The structural properties have also been calculated for all structures. We found the zincblende (ZB) structure is the ground state for CoO compound.
تتناول هذه الأطروحة دراسة بعض أكاسيد العناصر الانتقالية لما لها من أهمية كبيرة و بخاصة في المجالين الالكتروني و الصناعي, حيث تناولنا دراسة مركبين من هذه الأكاسيد , هما أكسيد الكادميوم (CdO) و أكسيد الكوبالت (CoO), فقمنا بدراسة الخصائص البنيوية و البلورية لهذين المركبين, و من أهم هذه الخصائص , دراسة التركيب الالكتروني, حساب مستويات الطاقة, إيجاد طاقة الفجوة التي من شأنها أن تحدد موصلية المركب ( موصل, شبه موصل أو عازل).هناك طرق و أساليب كثيرة استخدمت في دراسة مثل هذه المركبات, لكنا اعتمدنا في دراستنا هذه أسلوب خاص يسمى (FP-LAPW) و الذي يعمل ضمن برنامج حاسوبي يسمى(WIEN2K) الذي يمكننا من استخدام أكثر من أسلوب تقريبي مثل (GGA) , (LDA), و (W-Cohen). الجدير ذكره أن دراسة مثل هذه المركبات حاسوبيا أفضل بكثير من دراستها عمليا أو تجريبيا لعدة أسباب منها: المحافظة على الوقت و المال, و الحصول على نتائج دقيقة قليلة الخطأ. في دراستنا لمركبي (CdO) و (CoO)فقد تم حساب معادلة الحالة لكل التراكيب الممكنة لهما (CsCl) Cesium Chloride, (RS) Rocksalt: ،Zincblende (ZB) . (WZ) Wurtzite,وتم تحديد أبعاد البلورة لكل تركيب من التراكيب السابقة, حساب الحجم والضغط الذي تتكون عنده كلبلوره ومن ثم تم حساب الضغط الانتقالي الذي تتحول عنده البلورة من تركيب إلى تركيب آخر,كما تم حساب مستويات الطاقة و إيجاد طاقة الفجوة لكل تركيب من المركبين. من أهم نتائج هذه الدراسة : 1-تتراوح طاقة الفجوة لمركب CdOكما يلي: ما يقارب(0.13 eV(لتركيبةWZو كذلك ما يقارب(0.17 eV (لتركيبة ZB . أما في تركيبة RS فإنها تقارب(- 0.5 eV)و كذلك في تركيبة CsClفإنها تقارب(- 1.2 eV) مما يعني أن هذا المركب هوشبه معدن لجميع هذه التراكيب. 2-بينما تتراوح طاقة الفجوة لمركب CoOكما يلي: ما بين(0.11( 0.77إلكترون فولت لتركيبةCsCl. و كذلك فهي أيضا ما بين(0.54-(-0.17إلكترون فولت لتركيبة ZB. أما في تركيبة RSفإنها تقارب0.01 eV)) باستخدام الأسلوب التقريبي (GGA), كذلك فإنها ما بين(0.15(0.42 إلكترون فولت باستخدام الأسلوب التقريبيLDAو W-Cohen مما يعني أن هذا المركب هوشبه معدن لجميع هذه التراكيب. 3- يمكن للتركيب أن ينتقل إلى تركيب آخر تحت ضغط معين. 4- تركيب (RS) هو التركيب الأساسي والطبيعي لمركب CdO عنددرجات الحرارة العادية. 5- تركيب (ZB) هو التركيب الأساسي والطبيعي لمركب CoO عنددرجات الحرارة العادية. 6-الحسابات التي حصلنا عليها تتطابقو بشكل كبير مع الحسابات النظريةوالتجريبية السابقة.
تتناول هذه الأطروحة دراسة بعض أكاسيد العناصر الانتقالية لما لها من أهمية كبيرة و بخاصة في المجالين الالكتروني و الصناعي, حيث تناولنا دراسة مركبين من هذه الأكاسيد , هما أكسيد الكادميوم (CdO) و أكسيد الكوبالت (CoO), فقمنا بدراسة الخصائص البنيوية و البلورية لهذين المركبين, و من أهم هذه الخصائص , دراسة التركيب الالكتروني, حساب مستويات الطاقة, إيجاد طاقة الفجوة التي من شأنها أن تحدد موصلية المركب ( موصل, شبه موصل أو عازل).هناك طرق و أساليب كثيرة استخدمت في دراسة مثل هذه المركبات, لكنا اعتمدنا في دراستنا هذه أسلوب خاص يسمى (FP-LAPW) و الذي يعمل ضمن برنامج حاسوبي يسمى(WIEN2K) الذي يمكننا من استخدام أكثر من أسلوب تقريبي مثل (GGA) , (LDA), و (W-Cohen). الجدير ذكره أن دراسة مثل هذه المركبات حاسوبيا أفضل بكثير من دراستها عمليا أو تجريبيا لعدة أسباب منها: المحافظة على الوقت و المال, و الحصول على نتائج دقيقة قليلة الخطأ. في دراستنا لمركبي (CdO) و (CoO)فقد تم حساب معادلة الحالة لكل التراكيب الممكنة لهما (CsCl) Cesium Chloride, (RS) Rocksalt: ،Zincblende (ZB) . (WZ) Wurtzite,وتم تحديد أبعاد البلورة لكل تركيب من التراكيب السابقة, حساب الحجم والضغط الذي تتكون عنده كلبلوره ومن ثم تم حساب الضغط الانتقالي الذي تتحول عنده البلورة من تركيب إلى تركيب آخر,كما تم حساب مستويات الطاقة و إيجاد طاقة الفجوة لكل تركيب من المركبين. من أهم نتائج هذه الدراسة : 1-تتراوح طاقة الفجوة لمركب CdOكما يلي: ما يقارب(0.13 eV(لتركيبةWZو كذلك ما يقارب(0.17 eV (لتركيبة ZB . أما في تركيبة RS فإنها تقارب(- 0.5 eV)و كذلك في تركيبة CsClفإنها تقارب(- 1.2 eV) مما يعني أن هذا المركب هوشبه معدن لجميع هذه التراكيب. 2-بينما تتراوح طاقة الفجوة لمركب CoOكما يلي: ما بين(0.11( 0.77إلكترون فولت لتركيبةCsCl. و كذلك فهي أيضا ما بين(0.54-(-0.17إلكترون فولت لتركيبة ZB. أما في تركيبة RSفإنها تقارب0.01 eV)) باستخدام الأسلوب التقريبي (GGA), كذلك فإنها ما بين(0.15(0.42 إلكترون فولت باستخدام الأسلوب التقريبيLDAو W-Cohen مما يعني أن هذا المركب هوشبه معدن لجميع هذه التراكيب. 3- يمكن للتركيب أن ينتقل إلى تركيب آخر تحت ضغط معين. 4- تركيب (RS) هو التركيب الأساسي والطبيعي لمركب CdO عنددرجات الحرارة العادية. 5- تركيب (ZB) هو التركيب الأساسي والطبيعي لمركب CoO عنددرجات الحرارة العادية. 6-الحسابات التي حصلنا عليها تتطابقو بشكل كبير مع الحسابات النظريةوالتجريبية السابقة.