Published July 19, 2018 | Version v1
Publication Open

Estudio Ab-initio de propiedades estructurales, elásticas y electrónicas de nanohilos core/shell

  • 1. National University of the Northeast

Description

RESUMEN El óxido de Zinc (ZnO), por sus propiedades térmicas, electrónicas y piro-piezoeléctricas, es ampliamente usado en diversos dispositivos electrónicos. Algunas de estas propiedades mejoran notablemente en la nanoescala. Recientemente, se logró sintetizar nanohilos con estructuras core/shell de ZnO/X (X=ZnSe, ZnS, BeO) que mejoran la eficiencia de sensores piezoeléctricos, celdas fotovoltaicas y dispositivos optoelectrónicos. En este trabajo se presenta un estudio teórico de las propiedades estructurales, elásticas y electrónicas de nanoestructuras tipo core/shell de ZnO/X (X=ZnS, BeO), cuando son sometidas a deformaciones uniaxiales en la dirección [0001]. Nanohilos hexagonales con diámetros entre 1.5 y 2.8 nm fueron estudiados ab-initio usando la teoría de la funcional de la densidad (DFT) en la aproximación de gradiente generalizado (GGA), implementada en el código SIESTA. Mediante la aplicación de tensiones uniaxiales, se calcularon el módulo de Young, la tensión de ruptura y las densidades de estados electrónicos totales (TDOS) y proyectados (PDOS). Se ha observado una degradación de las propiedades mecánicas en los nanohilos core/shell con respecto a los de ZnO, ganándose a cambio la posibilidad de obtener un sistema con carácter más aislante o más semiconductor que el nanohilo de ZnO, dependiendo si las capas externas están compuestas por BeO o ZnS. Estos resultados son importantes para ajustar las propiedades optoelectrónicas del ZnO en la nanoescala.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ملخص أكسيد الزنك (ZnO)، بسبب خصائصه الحرارية والإلكترونية والكهربائية الإجهادية، يستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية. تتحسن بعض هذه الخصائص بشكل ملحوظ على المقياس النانوي. في الآونة الأخيرة، كان من الممكن تصنيع أسلاك نانوية مع هياكل أساسية/قذيفة من ZnO/X (X=ZnSe، ZnS، BeO) التي تعمل على تحسين كفاءة المستشعرات الكهربائية الإجهادية والخلايا الكهروضوئية والأجهزة الإلكترونية الضوئية. تقدم هذه الورقة دراسة نظرية للخصائص الهيكلية والمرنة والإلكترونية للبنى النانوية الأساسية/الصدفية لـ ZnO/X (X=ZnS، BeO)، عند تعرضها لتشوهات أحادية المحور في اتجاه [0001]. تمت دراسة أسلاك نانوية سداسية بأقطار تتراوح بين 1.5 و 2.8 نانومتر في البداية باستخدام نظرية وظيفية الكثافة (DFT) في تقريب التدرج المعمم (GGA)، الذي تم تنفيذه في رمز القيلولة. من خلال تطبيق الضغوط أحادية المحور، تم حساب معامل يونغ، وإجهاد الانهيار، وإجمالي (TDOS) وكثافات الحالة الإلكترونية المتوقعة (PDOS). لوحظ تدهور الخواص الميكانيكية في الأسلاك النانوية الأساسية/الصدفية فيما يتعلق بتلك الخاصة بـ ZnO، واكتسبت في المقابل إمكانية الحصول على نظام ذو طابع أكثر عزلًا أو شبه موصل من سلك ZnO النانوي، اعتمادًا على ما إذا كانت الطبقات الخارجية تتكون من BeO أو ZnS. هذه النتائج مهمة لضبط الخصائص الإلكترونية البصرية لـ ZnO على المقياس النانوي.

Translated Description (English)

SUMMARY Zinc oxide (ZnO), due to its thermal, electronic and pyro-piezoelectric properties, is widely used in various electronic devices. Some of these properties improve markedly at the nanoscale. Recently, it was possible to synthesize nanowires with core/shell structures of ZnO/X (X=ZnSe, ZnS, BeO) that improve the efficiency of piezoelectric sensors, photovoltaic cells and optoelectronic devices. This paper presents a theoretical study of the structural, elastic and electronic properties of core/shell nanostructures of ZnO/X (X=ZnS, BeO), when subjected to uniaxial deformations in the [0001] direction. Hexagonal nanowires with diameters between 1.5 and 2.8 nm were studied ab-initio using density functional theory (DFT) in the generalized gradient approximation (GGA), implemented in the SIESTA code. By applying uniaxial stresses, Young's modulus, breakdown stress, and total (TDOS) and projected electronic state densities (PDOS) were calculated. A degradation of the mechanical properties has been observed in the core/shell nanowires with respect to those of ZnO, gaining in return the possibility of obtaining a system with a more insulating or more semiconductive character than the ZnO nanowire, depending on whether the outer layers are composed of BeO or ZnS. These results are important for adjusting the optoelectronic properties of ZnO at the nanoscale.

Translated Description (French)

RÉSUMÉ L'oxyde de zinc (ZnO), pour ses propriétés thermiques, électroniques et pyro-piézoélectriques, est largement utilisé dans divers appareils électroniques. Certaines de ces propriétés s'améliorent notablement à l'échelle nanométrique. Récemment, on a réussi à synthétiser des nanofils avec des structures core/shell de ZnO/X (X=ZnSe, ZnS, BeO) qui améliorent l'efficacité des capteurs piézoélectriques, des cellules photovoltaïques et des dispositifs optoélectroniques. Ce travail présente une étude théorique des propriétés structurelles, élastiques et électroniques des nanostructures de type core/shell de ZnO/X (X=ZnS, BeO), lorsqu'elles sont soumises à des déformations uniaxiales dans la direction [0001]. Des nanofils hexagonaux avec des diamètres compris entre 1,5 et 2,8 nm ont été étudiés ab-initio en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) dans l'approche à gradient généralisé (GGA), mise en œuvre dans le code de la SIESTE. En appliquant des tensions uniaxiales, le module de Young, la tension de rupture et les densités d'états électroniques totaux (TDOS) et projetés (PDOS) ont été calculés. On a observé une dégradation des propriétés mécaniques dans les nanofils core/shell par rapport à ceux de ZnO, en gagnant en retour la possibilité d'obtenir un système avec un caractère plus isolant ou plus semi-conducteur que le nanofils de ZnO, selon que les couches externes sont composées de BeO ou de ZnS. Ces résultats sont importants pour ajuster les propriétés optoélectroniques du ZnO à l'échelle nanométrique.

Files

1517-7076-rmat-23-02-e12135.pdf.pdf

Files (371.3 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:25515bf08e5f6d23e7f9595f483018c3
371.3 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسة أولية للخصائص الهيكلية والمرنة والإلكترونية للأسلاك النانوية الأساسية/الصدفية
Translated title (English)
Ab-initio study of structural, elastic and electronic properties of core/shell nanowires
Translated title (French)
Étude Ab-initio des propriétés structurelles, élastiques et électroniques des nanofils core/shell

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2883604828
DOI
10.1590/s1517-707620180002.0469

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W173180645
  • https://openalex.org/W1908292025
  • https://openalex.org/W1979487660
  • https://openalex.org/W1993576917
  • https://openalex.org/W1999101777
  • https://openalex.org/W2002101725
  • https://openalex.org/W2005753812
  • https://openalex.org/W2007313547
  • https://openalex.org/W2048897108
  • https://openalex.org/W2063852845
  • https://openalex.org/W2081289905
  • https://openalex.org/W2261052827
  • https://openalex.org/W2273667155
  • https://openalex.org/W2565260542
  • https://openalex.org/W2749748014
  • https://openalex.org/W2759651617
  • https://openalex.org/W2768686509
  • https://openalex.org/W3124361461
  • https://openalex.org/W579510187