Investigation of Structural, Elastic, Electronic, Optic, Dynamic and Thermodynamic Properties of Bitecl, Bitebr and Bitei Crystals by Density Functional Theory

Abstract

Bu çalışmada hegzagonal topolojik yarıiletken özelliği gösterenBiTeCl, BiTeBr ve BiTeI'nın yapısal, dinamik, termodinamik, elastik, elektronik veoptik özellikleri yoğunluk fonksiyonel teorisi kapsamında ab-initio hesapları ile spin-orbit etkileşimi kullanılmaksızın çalışıldı. Yapısal optimizasyon sonrasında hegzagonal kristallerin temel durum dinamik ve termodinamik özelliklerinden fonon dispersiyonları, fonon durum yoğunluğu, Helmholtz serbest enerjisi, iç enerji, entropi ve sabit hacim ısı sığasının sıcaklığa bağlı değişimi, elastik özelliklerden elastik sertlik ve uyum sabitleri, kararlılık koşulları ve ilgil elastik özellikler, elektronik özelliklerden elektronik bant yapısı, kısmi durum yoğunluğu ve toplam durum yoğunluğu ve optiksel özelliklerden optik dielektrik fonksiyonlar, kırıcılık indisi, sönüm ve soğrulma katsayıları, yansıtıcılık katsayısı, etkin valans elektronları sayısı, hacim ve yüzey kayıp fonsiyonları çalışıldı. Bu çalışmanın sonuçları benzer teorik çalışmalara paraleldir ancak yoğunluk fonksiyoneli teorisinin doğasından ve de bizmut telluro Halitlerin topolojik özelliklerinden kaynaklanan sebeplerle deneysel sonuçlarla arasında farklar bulunmaktadır.

In this study among physical properties of hexagonal topological semiconductors of BiTeCl, BiTeBr and BiTeI structural, dynamic, thermodynamic, elastic, electronic and optical features were studied with ab-inito calculations under density functional theory without spin orbit interaction (SOI). After structural optimization, ground state dynamic and thermodynamic properties of hexagonal crystals such as phonon dispersion, phonon density of states, change in Helmholtz free energy, internal energy, entropy and constant volume specific heat by increasing temperature, elastic properties as elastic stiffness and compliance constants, stability conditions and related elastic properties, electronic properties such as electronic total density of states (TDOS), partial density of states (PDOS) and electronic band structure and optical features such as optical dielectric functions, refraction index, reflection, extinction and absorption coefficients, reflectivity, effective number of valance electrons, loss functions for volume and surface were investigated. Results of this study is paralel to similar theoretical studies but differs partialley from experimental results due to nature of dft calculations and topological properties of bismuth telluro halids.