Published February 16, 2024 | Version v1
Publication Open

Exploring the Physical and Optoelectronic Properties of Co 2 ZrZ Compounds: Insights from Computational Analysis and Thermoelectric Characterization

Creators

  • 1. Centre Universitaire de Relizane
  • 2. Université de Mostaganem
  • 3. University of Ha'il

Description

Abstract The current study examines the physical properties of Co 2 ZrZ compounds (Z= Pb, Bi and As) using the Wien2k calculation code. The Anisimov and Gunnarsson approach is used to calculate the Hubbard parameters for Cobalt (Co) and Zirconium (Zr). The results indicate that Co 2 ZrBi and Co 2 ZrAs have metallic characteristic, however Co 2 ZrPb displays semi-metallic behaviour. The energy gap calculations provide values of 0.328 eV (GGA) and 1.102 eV (mBJ-GGA) in the G-X-direction. The valence bands of Co 2 ZrBi and Co 2 ZrAs are primarily influenced by the Co-D-eg and Co-D-t 2 g states in both spin channels. Infrared transitions with energy levels below 0.56 eV indicate a decrease in the ability of electrons to move, which is compensated by an increase in ultraviolet absorption. The Co 2 ZrZ compounds have potential for space solar energy applications as they possess the ability to absorb UV light and improve conductivity. The effective ultraviolet (UV) absorption of Co 2 ZrPb has the potential to be advantageous for satellites and space missions. Within the high-energy range, the refractive index decreases to a value below one, which signifies "Super-luminescence". Additionally, plasmatic oscillations have a further impact on optics. The thermoelectric investigation of Co 2 ZrPb using BoltzTraP code reveals a predominance of P-type charge carriers, suggesting a high level of electrical conductivity and a low resistance. The ZT values of Co 2 ZrPb oscillate between 0.99 (at 50 K) and 0.84 (at 1500 K), which are close to unity, this indicates that Co 2 ZrPb is appropriate for thermoelectric applications.

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

Translated Description (Arabic)

ملخص تفحص الدراسة الحالية الخصائص الفيزيائية لمركبات Co 2 ZrZ (Z= Pb و Bi و As) باستخدام رمز حساب Wien2k. يستخدم نهج أنيسيموف وجونارسون لحساب معلمات هوبارد للكوبالت (Co) والزركونيوم (Zr). تشير النتائج إلى أن Co 2 ZrBi و Co 2 ZrAs لهما خصائص معدنية، ومع ذلك فإن Co 2 ZrPb يعرض سلوكًا شبه معدني. توفر حسابات فجوة الطاقة قيم 0.328 إلكترون فولت (GGA) و 1.102 إلكترون فولت (mBJ - GGA) في اتجاه G - X. تتأثر نطاقات التكافؤ لـ Co 2 ZrBi و Co 2 ZrAs في المقام الأول بحالات Co - D - eg و Co - D - t 2 g في كلتا قناتي الدوران. تشير تحولات الأشعة تحت الحمراء بمستويات طاقة أقل من 0.56 إلكترون فولت إلى انخفاض في قدرة الإلكترونات على الحركة، والتي يتم تعويضها بزيادة في امتصاص الأشعة فوق البنفسجية. تمتلك مركبات Co 2 ZrZ إمكانات لتطبيقات الطاقة الشمسية الفضائية لأنها تمتلك القدرة على امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية وتحسين الموصلية. إن الامتصاص الفعال للأشعة فوق البنفسجية (UV) لـ Co 2 ZrPb لديه القدرة على أن يكون مفيدًا للأقمار الصناعية والبعثات الفضائية. ضمن نطاق الطاقة العالية، ينخفض مؤشر الانكسار إلى قيمة أقل من واحد، مما يدل على "اللمعان الفائق". بالإضافة إلى ذلك، فإن التذبذبات البلازمية لها تأثير إضافي على البصريات. يكشف الفحص الكهربائي الحراري لـ Co 2 ZrPb باستخدام رمز BoltzTraP عن هيمنة حاملات الشحن من النوع P، مما يشير إلى مستوى عالٍ من الموصلية الكهربائية ومقاومة منخفضة. تتأرجح قيم ZT لـ Co 2 ZrPb بين 0.99 (عند 50 كلفن) و 0.84 (عند 1500 كلفن)، وهي قريبة من الوحدة، وهذا يشير إلى أن Co 2 ZrPb مناسب للتطبيقات الكهربائية الحرارية.

Translated Description (French)

Résumé La présente étude examine les propriétés physiques des composés Co 2 ZrZ (Z= Pb, Bi et As) en utilisant le code de calcul Wien2k. L'approche d'Anisimov et Gunnarsson est utilisée pour calculer les paramètres de Hubbard pour le cobalt (Co) et le zirconium (Zr). Les résultats indiquent que le Co 2 ZrBi et le Co 2 ZrAs ont une caractéristique métallique, mais que le Co 2 ZrPb présente un comportement semi-métallique. Les calculs de l'écart d'énergie fournissent des valeurs de 0,328 eV (GGA) et 1,102 eV (mBJ-GGA) dans la direction G-X. Les bandes de valence du Co 2 ZrBi et du Co 2 ZrAs sont principalement influencées par les états Co-D-eg et Co-D-t 2 g dans les deux canaux de spin. Les transitions infrarouges avec des niveaux d'énergie inférieurs à 0,56 eV indiquent une diminution de la capacité des électrons à se déplacer, qui est compensée par une augmentation de l'absorption ultraviolette. Les composés Co 2 ZrZ ont un potentiel pour les applications de l'énergie solaire spatiale car ils possèdent la capacité d'absorber la lumière UV et d'améliorer la conductivité. L'absorption ultraviolette (UV) efficace du Co 2 ZrPb a le potentiel d'être avantageuse pour les satellites et les missions spatiales. Dans la gamme des hautes énergies, l'indice de réfraction diminue jusqu'à une valeur inférieure à un, ce qui signifie « Super-luminescence ». De plus, les oscillations plasmatiques ont un impact supplémentaire sur l'optique. L'étude thermoélectrique du Co 2 ZrPb à l'aide du code BoltzTraP révèle une prédominance de porteurs de charge de type P, suggérant un niveau élevé de conductivité électrique et une faible résistance. Les valeurs ZT du Co 2 ZrPb oscillent entre 0,99 (à 50 K) et 0,84 (à 1500 K), qui sont proches de l'unité, ce qui indique que le Co 2 ZrPb est approprié pour les applications thermoélectriques.

Translated Description (Spanish)

Resumen El presente estudio examina las propiedades físicas de los compuestos de Co 2 ZrZ (Z= Pb, Bi y As) utilizando el código de cálculo Wien2k. El enfoque de Anisimov y Gunnarsson se utiliza para calcular los parámetros de Hubbard para Cobalto (Co) y Circonio (Zr). Los resultados indican que Co 2 ZrBi y Co 2 ZrAs tienen características metálicas, sin embargo Co 2 ZrPb muestra un comportamiento semimetálico. Los cálculos de la brecha de energía proporcionan valores de 0.328 eV (GGA) y 1.102 eV (mBJ-GGA) en la dirección G-X. Las bandas de valencia de Co 2 ZrBi y Co 2 ZrAs están influenciadas principalmente por los estados Co-D-eg y Co-D-t 2 g en ambos canales de espín. Las transiciones infrarrojas con niveles de energía inferiores a 0,56 eV indican una disminución en la capacidad de los electrones para moverse, que se compensa con un aumento en la absorción ultravioleta. Los compuestos de Co 2 ZrZ tienen potencial para aplicaciones de energía solar espacial, ya que poseen la capacidad de absorber la luz UV y mejorar la conductividad. La absorción ultravioleta (UV) efectiva de Co 2 ZrPb tiene el potencial de ser ventajosa para satélites y misiones espaciales. Dentro del rango de alta energía, el índice de refracción disminuye a un valor inferior a uno, lo que significa "Super-luminiscencia". Además, las oscilaciones plasmáticas tienen un impacto adicional en la óptica. La investigación termoeléctrica de Co 2 ZrPb utilizando el código BoltzTraP revela un predominio de portadores de carga de tipo P, lo que sugiere un alto nivel de conductividad eléctrica y una baja resistencia. Los valores de ZT de Co 2 ZrPb oscilan entre 0,99 (a 50 K) y 0,84 (a 1500 K), que están cerca de la unidad, esto indica que Co 2 ZrPb es apropiado para aplicaciones termoeléctricas.

Files

latest.pdf.pdf

Files (1.7 MB)

⚠️ 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:fd526926bd903e2203ef8a40cd1f4af9
1.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
استكشاف الخصائص الفيزيائية والإلكترونية الضوئية لمركبات Co 2 ZrZ: رؤى من التحليل الحسابي والتوصيف الحراري الكهربائي
Translated title (French)
Exploration des propriétés physiques et optoélectroniques des composés Co 2 ZrZ : aperçus de l'analyse computationnelle et de la caractérisation thermoélectrique
Translated title (Spanish)
Exploración de las propiedades físicas y optoelectrónicas de los compuestos de Co 2 ZrZ: conocimientos del análisis computacional y la caracterización termoeléctrica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391883327
DOI
10.21203/rs.3.rs-3958078/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W4297805985 (Other)
https://openalex.org/W4247143848 (Other)
https://openalex.org/W3107994849 (Other)
https://openalex.org/W2890326640 (Other)
https://openalex.org/W2802430672 (Other)
https://openalex.org/W2735573198 (Other)
https://openalex.org/W2608508820 (Other)
https://openalex.org/W2325219069 (Other)
https://openalex.org/W2020608678 (Other)
https://openalex.org/W2009883749 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Algeria

References

  • https://openalex.org/W1821638546
  • https://openalex.org/W1969052255
  • https://openalex.org/W1975565979
  • https://openalex.org/W1990852494
  • https://openalex.org/W1997567773
  • https://openalex.org/W1997808601
  • https://openalex.org/W2007940835
  • https://openalex.org/W2008065906
  • https://openalex.org/W2008466385
  • https://openalex.org/W2017805851
  • https://openalex.org/W2021868071
  • https://openalex.org/W2036113194
  • https://openalex.org/W2059315794
  • https://openalex.org/W2067975021
  • https://openalex.org/W2070071644
  • https://openalex.org/W2076894324
  • https://openalex.org/W2081812672
  • https://openalex.org/W2081870935
  • https://openalex.org/W2115210681
  • https://openalex.org/W2149934264
  • https://openalex.org/W2150659508
  • https://openalex.org/W2152457228
  • https://openalex.org/W2322614653
  • https://openalex.org/W2745166793
  • https://openalex.org/W2778086665
  • https://openalex.org/W2900477441
  • https://openalex.org/W2904116386
  • https://openalex.org/W3007694874
  • https://openalex.org/W3081725850
  • https://openalex.org/W3085459324
  • https://openalex.org/W3102856621
  • https://openalex.org/W3133883960
  • https://openalex.org/W3176943378
  • https://openalex.org/W4296128970
  • https://openalex.org/W4377261841
  • https://openalex.org/W4387519386