بررسی اثرات همبستگی الکترونی در نانونوارهای دسته‌مبلی سیلیسینی

Abstract

در این پژوهش، در ابتدا با استفاده از محاسبات اصول اولیه و در چارچوب نظریه تابعی چگالی، ساختار الکترونی نانونوارهای دسته‌مبلی سیلیسینی به ازای پهناهای مختلف، مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج حاصل از ساختار نواری نانونوارهای دسته‌مبلی، وجود یک گاف نواری مستقیم را نشان می‌دهد، که با افزایش پهنای نانونوار به صورت نوسانی کاهش می‌یابد. در توصیف دلایل اصلی مؤثر در نظم الکتریکی و مغناطیسی مواد و همچنین در شدت اثرات همبستگی الکترونی، برهم‌کنش کولنی مؤثر میان الکترون‌های موضعی، نقش اساسی را ایفا می‌کند. بدین منظور در ادامه پوشش‌دهی برهم‌کنش کولنی را با استفاده از محاسبات اصول اولیه و تقریب فاز تصادفی مقید (cRPA) در نانونوارهای دسته‌مبلی سیلیسینی بررسی نموده و مقادیر کمیت‌های برهم‌کنش کولنی مؤثر (U هابارد) را برای آنها مورد محاسبه قرار می‌دهیم. مقادیر این کمیت‌ها برای نانونوارهای دسته‌مبلی سیلیسینی، قابل توجه بوده و بیشتر از سیلیسین اولیه است، که دلالت بر شدت اثرات همبستگی الکترونی در آنها دارد. با توجه به شدت اثرات محدودیت کوانتومی متفاوت در این دسته از نانونوارها، مقادیر کمیت‌های برهم‌کنش کولنی مؤثر درون- جایگاهی، مشابه نتایج حاصل از ساختار نواری آنها بوده و با افزایش پهنای نانونوار به طور نوسانی کاهش می‌یابد. از طرفی به ازای اتم‌های موجود در لبه‌های نانونوار، کمیت‌های برهم‌کنش کولنی مؤثر درون- جایگاهی، مقادیر بیشتری را نسبت به اتم‌های درونی داشته، که نشان ‌دهنده پوشش‌دهی کمتر برهم‌کنش کولنی میان الکترون‌های موضعی، در لبه‌های نانونوار است. در پایان نتایج حاصل از بررسی کمیت‌های برهم‌کنش کولنی مؤثر برون جایگاهی، نشان می‌دهند که برهم‌کنش کولنی در فواصل کوتاه، به طور ضعیف پوشش داده شده و در فواصل دورتر در حدود 12 آنگستروم پوشش داده نمی‌شود، که با محاسبات اصول اولیه صورت گرفته در مورد دستگاه‌‌هایی با ابعاد پایین، مطابقت دارد. این پوشش‌دهی کم به طور خاص در فواصل دورتر، می‌تواند وجود تصحیحات شبه‌ذره ای قابل توجه در تقریب GW و انرژی پیوندی اکسیتونی بزرگ را در نانونوارهای دسته‌مبلی سیلیسینی توضیح دهد.