چكيده فارسي
فيزيك ماده چگال و علم مواد در حوزههاي بين رشته اي در جستجو مواد با ويژگيهاي الكتروني و توپولوژي يكتا، به دليل كاربردهاي بالقوه آنها در اسپينترونيك، اطلاعهاي كوانتومي و محاسبهها كوانتومي هستند. در اين ميان، مواد توپولوژي، از جمله نارساناها و رساناها براي حالتهاي كوانتومي جديد كه به الكترونها اجازه ميدهند در امتداد لبههاي (در سامانههاي دو بعدي) يا سطحها (در سامانههاي سهبعدي) بدن اتلاف انرژي حركت كنند، مورد توجه قرار گرفتهاند. اين ويژگي يكتا، آنها را به نامزدهاي اصلي جهت توسعه دستگاههاي توپولوژي پيشرفته تبديل ميكند. با درك اهميت اختلالهاي خارجي مانند ايجاد كرنش درتغيير ساختارهاي الكتروني مواد، بر مطالعه حالتهاي انبوه و تك لايههاي MXY (M = Ti, Sn, Ir; X, Y = Se, Te) تمركز ميكنيم. اين تركيبها به دليل ويژگيهاي فيزيكي متنوع و انعطاف پذيري ساختاري، از كاربرد آنها در دستگاههاي الكترونيكي به دليل ويژگيهاي نيم رسانايي تا كاربرد در مواد ترموالكتريك و باتريها، انتخاب شدهاند. اين پژوهش بر چگونگي تأثير برهم كنش اسپين- مدار و مهندسي ويژگيهاي ساختاري، الكتروني، كشساني و توپولوژي اين مواد با اعمال فشار از روش محاسبهها ابتدا به ساكن بر پايه نظريه تابعي چگالي در تقريب شيب تعميم يافته، با استفاده از روش پردو-بورك-ارزنهوف حل معادلههاي پركاربرد كان-شم تمركز دارد. اين معادلهها با استفاده از امواج تخت خطي بهبود يافته به اضافه اوربيتال هاي موضعي و پتانسيل كامل با استفاده از بسته نرم افزاري وين حل ميشوند.
در بخش اول اين كار، ويژگيهاي ساختاري مانند پارامترهاي شبكه، مدول حجمي، ويژگيهاي كشساني، ويژگيهاي الكتروني، مانند چگالي حالتهاي الكتروني ، ضرايب خطي گرماي ويژه الكتروني، گاف انرژي و فازهاي توپولوژي MXY (M = Ti, Sn, Ir; X, Y = Se, Te)،در بود و نبود برهم كنش اسپين-مدار در فشار هيدرواستاتيك صفر و متغير بررسي ميشود. انرژي كل اين تركيبها بر حسب حجم در بود و نبود برهم كنش اسپين-مدار بررسي ميكنيم. يافتههاي نشان مي دهند كه اين تركيبها در فاز غير مغناطيسي پايدار هستند، برهم كنش اسپين-مدار تاثير قابل ملاحظه اي بر نمودار انرژي-حجم آنها ميگذارد. پارامترهاي شبكه محاسبهشده، نسبتهاي ثابت شبكه و مدولهاي حجمي با دادههاي موجود همسومطابقت دارند كه دقت رهيافت را تأييد ميكنند. علاوه بر اين، پايداري مكانيكي، انرژي و ديناميكي تركيبهاي MXY (M = Ti, Sn, Ir; X, Y = Se, Te) با استفاده از انرژي همدوسي، انرژي تشكيل، تانسور كشساني و محاسبهها پراكندگي فونوني بررسي شده است. تاثير برهم كنش اسپين-مدار و كرنش ناشي از فشار را بررسي كرده تا تأثير آنها را بر پايداري، ويژگيهاي مكانيكي و رفتار الكترونيك درك كرده و راه را براي كاربردهاي بالقوه فناوري هموار گردد. جهت بررسي ويژگيهاي الكتروني تركيبهاي MXY (M = Ti, Sn, Ir; X, Y = Se, Te)، ساختارهاي نواري و چگالي حالت هاي الكتروني محاسبه و مقايسه شدهاند.
چكيده لاتين
In the interdisciplinary fields of condensed matter physics and materials science, the search for materials with unique electronic and topological properties has intensified, driven by their potential applications in spintronics, quantum information, and quantum computing. Among these, topological materials, including insulators and metals, are particularly notable for their novel quantum states that allow electrons to move along their edges (in two-dimensional systems) or surfaces (in three-dimensional systems) with zero energy loss. This unique characteristic makes them prime candidates for developing advanced topological devices.
Recognizing the importance of external perturbations such as strain in altering the electronic structures of materials, this study focuses on MXY (M = Ti, Sn, Ir; X, Y = Se, Te) in bulks and mono-layers states. These compounds are chosen for their diverse physical properties and structural versatility, ranging from their use in electronic devices due to their semiconducting properties to potential applications in thermoelectric materials and batteries. Our investigation extends to exploring how spin-orbit coupling and strain engineering influence their structural, electronic, elastic, and topological properties through detailed first-principles calculations based on density functional theory within the generalized gradient approximation, using the Perdew-Burke-Ernzerhof method focusing on the reliable and widely used Kohn-Sham equations for solid-state analyses. We solve these equations via the full potential linear muffin-tin orbital method, utilizing the WIEN2k software package.
In the first part of this work, the structural properties such as lattice parameters, bulk modulus, elastic properties, the electronic properties such as electron density of states, electronic specific heat linear coefficients, energy band gaps, and topological phases of MXY (M= Ti, Sn, Ir, X=Se, Te, Y=Se, Te) compounds in the presence and absence of spin-orbit interaction at both zero and varying hydrostatic pressures are analyzed.
We investigate the total energy of these compounds as a function of volume in the presence and absence of spin-orbit interaction. Our findings confirm that these compounds are inherently stable in nonmagnetic phase, with spin-orbit interaction critically influencing their energy-volume landscapes. Our calculated lattice parameters, ratios of lattice constants, and bulk moduli closely align with existing data, confirming the reliability of our approach. Furthermore, the mechanical, energy and dynamical stability of MXY (M= Ti, Sn, Ir, X=Se, Te, Y=Se, Te) compounds are investigated using cohesive energy, formation energy, elastic tensor and phonon dispersion calculations. We investigate the effects of spin-orbit interaction and pressure-induced strain to understand their influence on the stability, mechanical properties, and electronic behavior, paving the way for potential technological applications.
To investigated the electronic properties of MXY (M= Ti, Sn, Ir, X=Se, Te, Y=Se, Te) compounds, the band structures and electron density of states are calculated and compared. Electronically, these compounds show metallic characteristics, except SnSe2, which behaves as a semiconductor with an indirect, pressure-sensitive energy band gap. The topological phase and Dirac points on the band structures of these compounds are studied using the band order and electron distribution on the band structures. Furthermore, the effect of hydrostatic pressures on the topological band order and Dirac points on the band structures of these compounds are investigated.
Topological band inversion analysis under varying hydrostatic pressures indicates band inversions in TiSe2, IrSe2, and SnSeTe compounds, suggesting topological phase transitions absent in other compounds. This study enriches our understanding of these materials.