Электронные и магнитные свойства перовскитов АВО₃ (A - Ca, Ce, Y, Na; B - Ti, Nb, Fe, Mn, Ta; O)

В работе представлены результаты квантово-механического компьютерного моделирования, проведенного с целью исследования электронных и магнитных свойств двадцати кристаллических структур на основе перовскитов переходных металлов, имеющих общую формулу АВО_з, где А - ион Ca, Ce, Y, Na; В - ион Ti, Ta, Nb, Mn, Fe; O - ион кислорода, для оценки возможности применения данной группы материалов в устройствах современной электроники. Систематизация фундаментальных характеристик позволит в дальнейшем описать физические механизмы, протекающие в структурах. Расчеты фундаментальных свойств кристаллов выполнялись с использованием современных первопринципных методов, основанных на теории функционала плотности (Density Functional Theory - DFT). В качестве среды моделирования использовался программный пакет VASP (Vienna Ab initio Simulation Package), который предназначен для выполнения квантово-механических расчетов. В результате моделирования установлены следующие характеристики перовскитов переходных металлов: элементарные ячейки АВО₃ имеют кубическую сингонию; ряд соединений обладает магнитным моментом (от 0,26 до 4,39 цБ); анализ зонных диаграмм свидетельствует о наличии соединений с полупроводниковым (запрещенная зона от 1,65 до 2,99 эВ) и металлическим типом проводимости. Среди соединений с полупроводниковым типом проводимости преобладают непрямозонные полупроводники. Прямозонный тип проводимости установлен только у одного соединения - CeTiO₃. Полученные результаты количественно и качественно характеризуют электронные и магнитные свойства кристаллических структур на основе перовскитов ABO₃ и могут быть использованы при разработке методов расчетов основных электрофизических параметров перспективных компонентов электроники.

1. Jung E.H., Jeon N.J., Park E.Y. Efficient, stable and scalable perovskite solar cells using poly (3-hexylthiophene). Nature. 2019;567:511-515. DOI: 10.1038/s41586-019-1036-3.

2. Cho H., Kim Y.-H., Wolf C. Improving the Stability of Metal Halide Perovskite Materials and LightEmitting Diodes. Advanced Materials. 2018;30:1704587. DOI: 10.1002/adma.201704587.

3. Li X., Yu D., Chen J. Constructing Fast Carrier Tracks into Flexible Perovskite Photodetectors To Greatly Improve Responsivity. ACS Nano. 2017;11(2):2015-2023. DOI: 10.1021/acsnano.6b08194.

4. Zhangb R., Song X., Liu Y. Monomolecular VB2-doped MOFs for photocatalytic oxidation with enhanced stability, recyclability and selectivity. Journal of Materials Chemistry A. 2019;7:26934. DOI: 10.1039/c9ta09571c.

5. Xu Y.-F., Yang M.-Z., Chen B.-X. A CsPbBr3 Perovskite Quantum Dot/Graphene Oxide Composite for Photocatalytic CO2 Reduction. Journal of the American Chemical Society. 2017;139(16):5660-5663. DOI: 10.1021/jacs.7b00489.

6. Brunetti B., Cavallo C., Ciccioli A. On the Thermal and Thermodynamic (In) Stability of Methylammonium Lead Halide Perovskites. SciRep. 2016;6:31896. DOI: 10.1038/srep31896.

7. Akbulatov A.F., Luchkin S.Y. Probing the Intrinsic Thermal and Photochemical Stability of Hybrid and Inorganic Lead Halide Perovskites. J. Phys. Chem. Lett. 2017;8(6):1211-1218. DOI: 10.1021/acsjpclett.6b03026.

8. Kulbak M., Cahen D., Hodes G. How Important Is the Organic Part of Lead Halide Perovskite Photovoltaic Cells Efficient CsPbBr3 Cells. The Journal of Physical Chemistry Letters. 2015;6(13):2452-2456. DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b00968.

9. Blochl P.E. Projector augmented-wave method. Physical Review B. 1994;50(24):17953-17979. DOI: 10.1103/physrevb.50.17953.

10. Kresse G., Joubert J. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented wave method. Physical Review B. 1999;59(3):1758-1775. DOI: 10.1103/physrevb.59.1758.