Визначення енергетичних властивостей плівки CdI2 експериментальним і теоретичним методами

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.341823

Ключові слова:

заборонена зона, енергія Урбаха, спектри оптичного поглинання, теорія функціоналу густини

Анотація

Об’єктом дослідження є сполука CdI2, яка активно використовується як компонента сцинтиляційних детекторів для виявлення випромінювання α-частинок. Робота спрямована на вирішення проблематики кореляції між експериментальними результатами і теоретично визначеними параметрами плівки CdI2. Одним з основних завдань дослідження зазначеного матеріалу є визначення його електронної структури та оптичних властивостей. Плівку CdI2 було отримано шляхом сколювання з об'ємного зразка. Середня товщина плівки CdI2 становить 2 мкм. Оптичні властивості плівки CdI2 досліджувалися при кімнатній температурі за допомогою оптичних спектрів поглинання. Метод апроксимації спектру поглинання було застосовано для оцінки оптичної ширини забороненої зони та енергії Урбаха товстої плівки CdI2. Цей метод вимагає лише вимірювання спектру поглинання та жодної додаткової інформації, такої як: товщина плівки або спектр відбиття. Оптична ширина забороненої зони та енергія Урбаха, отримана для плівки CdI2, становила 3,05 еВ та 5,17 еВ, відповідно. Для CdI2 досліджується електронна зонна структура та енергетичні властивості. Дисперсія енергетичних зон вздовж високосиметричних точок зони Бріллюена та щільність електронних станів було визначено за допомогою узагальненого градієнтного наближення (GGA). Був використаний функціонал Пердью-Берка-Ернцергофа для твердих тіл (PBEsol). На основі дисперсії енергетичних зон було визначено переважаючий тип провідності в досліджуваних матеріалах. Узгодженість теоретичних і експериментальних параметрів є вищою за результати представлені в літературі. Це дозволить використати сполуку CdI2 в якості моделюючих зразків, зокрема для пошуку та проектування нових кристалів. Встановлені параметри можуть бути використані при розробці компонент сцинтиляційного детектора

Біографії авторів

Микола Володимирович Соловйов, Національний університет Львівська політехніка

Кандидат фізико-математичних наук

Кафедра загальної фізики

Ігор Володимирович Семків, Національний університет Львівська політехніка

Кандидат технічних наук

Кафедра загальної фізики

Андрій Іванович Кашуба, Національний університет Львівська політехніка

Доктор фізико-математичних наук

Кафедра загальної фізики

Посилання

  1. Lavrentyev, A. A., Gabrelian, B. V., Vu, T. V., Ananchenko, L. N., Myronchuk, G. L., Parasyuk, O. V. et al. (2019). Electronic and optical properties of quaternary sulfide Tl2HgSnS4, a promising optoelectronic semiconductor: A combined experimental and theoretical study. Optical Materials, 92, 294–302. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.04.032
  2. Rudysh, M. Y., Pryshko, I. A., Shchepanskyi, P. A., Stadnyk, V. Y., Brezvin, R. S., Kogut, Z. O. (2022). Optical and electronic parameters of Rb2SO4 crystals. Optik, 269, 169875. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.169875
  3. Vu, T. V., Luzhnyi, I. V., Myronchuk, G. L., Bekenev, V. L., Bohdanyuk, M. S., Lavrentyev, A. A. et al. (2021). DFT calculations and experimental studies of the electronic structure and optical properties of Tl4PbI6. Optical Materials, 114, 110982. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.110982
  4. Rudysh, M. Ya. (2022). Electronic structure, optical and elastic properties of AgAlS2 crystal under hydrostatic pressure. Materials Science in Semiconductor Processing, 148, 106814. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.106814
  5. Ai, R., Guan, X., Li, J., Yao, K., Chen, P., Zhang, Z., Duan, X., Duan, X. (2017). Growth of Single-Crystalline Cadmium Iodide Nanoplates, CdI2/MoS2 (WS2, WSe2) van der Waals Heterostructures, and Patterned Arrays. ACS Nano, 11 (3), 3413–3419. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01507
  6. Qasrawi, A. F., Hamarsheh, A. A. (2021). Au/CdBr2/SiO2/Au Straddling‐Type Heterojunctions Designed as Microwave Multiband Pass Filters, Negative Capacitance Transistors, and Current Rectifiers. Physica Status Solidi (a), 218 (22). https://doi.org/10.1002/pssa.202100327
  7. Popov, G., Mattinen, M., Hatanpää, T., Vehkamäki, M., Kemell, M., Mizohata, K. et al. (2019). Atomic Layer Deposition of PbI2 Thin Films. Chemistry of Materials, 31 (3), 1101–1109. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b04969
  8. Kashuba, A., Zhydachevskyy, Y., Semkiv, I., Franiv, A., Kushnir, O. (2018). Photoluminescence in the solid solution In0.5Tl0.5I. Ukrainian Journal of Physical Optics, 19 (1), 1. https://doi.org/10.3116/16091833/19/1/1/2018
  9. Rybak, O. V. (2024). Thermodynamic Analysis of the Equilibrium Vapor Phase Composition of the Cd-I2 System. Journal of Nano- and Electronic Physics, 16 (1), 01021-1-01021–01024. https://doi.org/10.21272/jnep.16(1).01021
  10. Kaur, H. (2014). Growth and formation of polytypes in crystals of cadmium iodide. Applied Science Research, 6 (1), 64–66. Available at: https://www.scholarsresearchlibrary.com/articles/growth-and-formation-of-polytypes-in-crystals-of-cadmium-iodide.pdf
  11. Bai, X., Jiang, Q., Song, P., Jia, Z.-P., Lu, S., Gao, Z.-K. et al. (2023). Study of electronic and optical properties of CdI2 modulated by electric field: a first-principles study. Optics Express, 31 (19), 31504. https://doi.org/10.1364/oe.497833
  12. Momin, Md. A., Islam, Md. A., Nesa, M., Sharmin, M., Rahman, M. J., Bhuiyan, A. H. (2021). Effect of M (Ni, Cu, Zn) doping on the structural, electronic, optical, and thermal properties of CdI2: DFT based theoretical studies. AIP Advances, 11 (5). https://doi.org/10.1063/5.0050145
  13. Tao, L., Huang, L. (2017). Computational design of enhanced photocatalytic activity of two-dimensional cadmium iodide. RSC Advances, 7 (84), 53653–53657. https://doi.org/10.1039/c7ra09687a
  14. Tyagi, P., Vedeshwar, A. G. (2002). Grain size dependent optical properties of CdI2films. The European Physical Journal Applied Physics, 19 (1), 3–13. https://doi.org/10.1051/epjap:2002043
  15. Kariper, İ. A. (2016). Structural, optical and porosity properties of CdI2 thin film. Journal of Materials Research and Technology, 5 (1), 77–83. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2015.10.005
  16. Tyagi, P., Vedeshwar, A. G., Mehra, N. C. (2001). Thickness dependent optical properties of CdI2 films. Physica B: Condensed Matter, 304 (1-4), 166–174. https://doi.org/10.1016/s0921-4526(01)00392-1
  17. Yan, Z., Yin, K., Yu, Z., Li, X., Li, M., Yuan, Y. et al. (2020). Pressure-induced band-gap closure and metallization in two-dimensional transition metal halide CdI2. Applied Materials Today, 18, 100532. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.100532
  18. Kunyo, I. M., Kashuba, A. I., Karpa, I. V., Stakhura, V. B., Sveleba, S. A., Katerynchuk, I. M. et al. (2018). The band energy structure of (N(CH3)4)2ZnCl4 crystals. Journal of Physical Studies, 22 (3). https://doi.org/10.30970/jps.22.3301
  19. Perdew, J. P., Ruzsinszky, A., Csonka, G. I., Vydrov, O. A., Scuseria, G. E., Constantin, L. A. et al. (2008). Restoring the Density-Gradient Expansion for Exchange in Solids and Surfaces. Physical Review Letters, 100 (13). https://doi.org/10.1103/physrevlett.100.136406
  20. Ilchuk, H., Semkiv, I., Huminilovych, R., Yuryev, S., Rudysh, M., Kashuba, A. (2025). Effect of deposition time on the absorption spectra of CdS nanostructured films. Journal of Physical Studies, 29 (3). https://doi.org/10.30970/jps.29.3702
  21. Ghobadi, N. (2013). Band gap determination using absorption spectrum fitting procedure. International Nano Letters, 3 (1). https://doi.org/10.1186/2228-5326-3-2
  22. Kashuba, A. I. (2023). Influence of metal atom substitution on the electronic and optical properties of solid-state Cd0.75X0.25Te (X= Cu, Ag and Au) solutions. Physics and Chemistry of Solid State, 24 (1), 92–101. https://doi.org/10.15330/pcss.24.1.92-101
Визначення енергетичних властивостей плівки CdI2 експериментальним і теоретичним методами

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-10-30

Як цитувати

Соловйов, М. В., Семків, І. В., & Кашуба, А. І. (2025). Визначення енергетичних властивостей плівки CdI2 експериментальним і теоретичним методами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12 (137), 19–24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.341823

Номер

Том 5 № 12 (137) (2025): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Mykola Solovyov, Ihor Semkiv, Andrii Kashuba

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.