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Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 12978 (2022) Citer cet article

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Les propriétés optoélectroniques de l'alliage ternaire Cd0,25Zn0,75Se sont rapportées sous l'influence d'une haute pression allant de 0 à 25 GPa, dans un potentiel de Becke-Jhonson modifié en utilisant la théorie fonctionnelle de la densité. Cet alliage a une symétrie cubique, est mécaniquement stable et son module d'élasticité augmente avec la pression. On observe qu'il s'agit d'un matériau à bande interdite directe avec une énergie de bande interdite qui augmente de 2,37 à 3,11 eV avec l'augmentation de la pression. La pression modifie les propriétés optiques et électroniques, provoquant une augmentation du coefficient d'absorption et une absorption de la lumière visible du vert au violet. La constante diélectrique statique, ainsi que l’indice de réfraction statique, augmentent tous deux sous l’influence de la pression. Les constantes optiques, notamment la constante diélectrique, la conductivité optique, l'indice de réfraction, le coefficient d'extinction et la réflexion, sont également étudiées et discutées. Cette prévision DFT explore d'importantes orientations de recherche pour l'utilisation des alliages semi-conducteurs CdZnSe dans la fabrication de dispositifs photovoltaïques et optoélectroniques spatiaux fonctionnant à différentes pressions.

L'utilisation de technologies mises à jour conduit continuellement à de nouvelles innovations technologiques où la croissance rapide des alliages ternaires, ainsi que l'inclusion de nouveaux domaines d'application et de progrès techniques, posent plusieurs défis scientifiques et technologiques. En ajustant la composition et en provoquant des effets de pression, les propriétés des semi-conducteurs des groupes II à VI peuvent être adaptées à des utilisations spécifiques dans des dispositifs optoélectroniques commercialisés bien connus, capables de fonctionner sur des plages de spectre entières1. La bande interdite directe de ces alliages joue un rôle clé dans de nombreuses applications fascinantes de dispositifs, notamment dans les industries optoélectroniques et photovoltaïques, en raison de leur bande interdite réglable sous l'influence de la composition et de la pression2. Les photodétecteurs à longueur d'onde variable, les diodes électroluminescentes, les capteurs de lumière, les cellules solaires, les systèmes photovoltaïques spatiaux et les dispositifs similaires à base de matériaux organiques sont autant d'applications possibles pour ces alliages ternaires2,3,4,5,6,7,8.

Les alliages ternaires CdZnSe présentent un grand intérêt et se révèlent attrayants pour une utilisation dans la production de dispositifs photoluminescents, photoconducteurs et luminescents en raison de leur stabilité plus élevée et de leur large bande interdite9,10,11,12. Des films minces de semi-conducteurs CdZnSe ont été synthétisés pour étudier les propriétés structurelles, diélectriques et magnétiques par des techniques d'épitaxie par jet moléculaire (MBE)13, d'électrodéposition14, d'évaporation sous vide15 et de dépôt en bain chimique (CBD)12. Ces études ont été réalisées pour les propriétés structurelles16,17, les propriétés diélectriques18 et les propriétés magnétiques19. La synthèse de points quantiques de CdZnSe a également été rapportée par Loghina et al. dans lequel ils ont mesuré une bande interdite directe de 2,27 eV20. Théoriquement, les caractéristiques électroniques et optiques ont été étudiées à l'aide d'une approche pseudopotentielle à onde plane sans traitement de pression dans le code CASTEP21, tandis que les caractéristiques thermodynamiques des semi-conducteurs ternaires Cd0,25Zn0,75Se ont été explorées dans un modèle théorique pour la plage de température de 0– 1 000 K et une pression de 0 à 10 GPa, respectivement, à l'aide du logiciel Quantum Expresso22. Certaines propriétés physiques à pression ambiante, notamment les caractéristiques électroniques et structurelles, ont également été analysées à l'aide de la méthode des premiers principes23.

Selon notre compréhension, il existe une lacune importante dans le comportement de l'alliage ternaire Cd0,25Zn0,75Se sélectionné, et le manque d'informations adéquates nous a motivé à explorer ses propriétés optoélectroniques sous l'influence de hautes pressions. Cette étude vise à fournir des informations théoriques sur les caractéristiques optoélectroniques et l'analyse pour comprendre les phénomènes physiques sous-jacents qui se produisent sous l'influence d'une haute pression. Les relations entre les propriétés structurelles et la stabilité sous haute pression sont étudiées pour la première fois et également discutées. Dans la présente étude, la méthode DFT dans le potentiel mBJ a été utilisée ensemble pour explorer les propriétés élastiques, électroniques, mécaniques et optiques du semi-conducteur ternaire Cd0,25Zn0,75Se à des pressions hydrostatiques distinctes. Il s'agit d'une première étape pour explorer les caractéristiques optoélectroniques de ce matériau sous l'influence de hautes pressions.