مدل‌زنی و شبیه‌سازی الگوی پراش پرتو ایکس مربوط به نقاط کوانتومی ZnSe

کاظمی, زاهده; رضوانی جلال, مسعود; سوری, داریوش

مدل‌زنی و شبیه‌سازی الگوی پراش پرتو ایکس مربوط به نقاط کوانتومی ZnSe

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

زاهده کاظمی ¹

مسعود رضوانی جلال ²

داریوش سوری ³

¹ گروه فیزیک، دانشگاه ملایر، همدان، ایران

² استادیار، گروه فیزیک، دانشگاه ملایر، همدان، ایران

³ استاد، گروه فیزیک، دانشگاه ملایر، همدان، ایران

چکیده

مقدمه: در کار حاضر، شبیه‌سازی الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) مربوط به نقاط کوانتومی ZnSe با استفاده از یک کد محاسباتی توسعه یافته انجام می‌شود. ZnSe یک نیم‌رسانای مهم دارای فاز بلوری پایدار با ساختار مکعبی مرکز ‌وجهی و ثابت شبکه 5.6676 آنگستروم است که در حوزه‌های اپتوالکترونیک، آشکارسازهای فروسرخ و فناوری‌های هوا فضایی نیز کاربردهای فراوانی دارد.
روش: در این کار پژوهشی، الگوی پراش پرتو ایکس برای دو حالت کُپه‌ای و نانومقیاس ZnSe شبیه‌سازی می‌گردد.
یافته ها: از نتایج چنین برمی‌آید که در حالت کپه‌‌ای قله‌ها‌ی پراش کاملاً تیز و باریک هستند که با جدول‌ها‌ و کارت‌ها‌ی استاندارد همخوانی دارد. با این حال، در ابعاد نانو قله‌ها‌ پهن‌تر شده و شدت آنها نیز کم و زیاد می‌شود که نشان دهنده کاهش اندازه بلورک و افزایش نقص‌ها‌ی ساختاری است. مقایسه‌‌ای بین شبیه‌سازی و نیز نتایج تجربی انجام می‌شود که از تطابق بین XRD تجربی و شبیه‌سازی از بابت تعداد قله‌ها، مکان آنها، نسبت شدت‌ها و پهنای قله‌ها نشانگر یک مطابقت خوب می‌باشد.
نتیجه گیری: پژوهش پیش‌رو مؤید این مطلب است که شبیه‌سازی XRD ابزار قدرتمند و کارآمدی برای تحلیل ساختاری نانو مواد است که می‌تواند اثرات اندازه و نقص را بر الگوهای پراش به دقت بازتولید کند. لذا برنامه‌ی توسعه‌یافته قادر است در تحلیل و طراحی نانو ساختارهای نیم‌رسانای ZnSe و ترکیبات دیگر کاربرد مهمی داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

بلورک

ساختار بلوری ZnSe

شبیه‌سازی پراش پرتو ایکس

فرمول براگ

نقاط کوانتومی

20.1001.1.28211553.1405.5.1.4.9

موضوعات

مواد پیشرفته (نانو مواد،جاذب، چسبنده‌ها، لغزنده‌ها، آتش‌گیرها و...)

عنوان مقاله English

Modeling and x-ray diffraction pattern simulation of ZnSe quantum dots

نویسندگان English

Zahedeh Kazemi ¹

Masoud Rezvani Jalal ²

Dariush souri ³

¹ Department of Physics, Faculty of Science, Malayer University, Malayer, Iran

² Assistant Professor, Department of Physics, Malayer University, Hamedan, Iran

³ Department of Physics, Faculty of Science, Malayer University, Malayer, Iran

چکیده English

Introduction: In the present work, the X-ray diffraction (XRD) pattern of ZnSe quantum dots is simulated using a home-made computer program. ZnSe is an important semiconductor with an FCC-zinc blend stable crystalline phase owing a lattice constant of 5.6676 Å, which has widespread applications in optoelectronics, infrared detectors, and aerospace technology applications.
Methods: In this study, XRD patterns are simulated for both bulk and nanoscale ZnSe.
Findings: The results indicate that in the bulk phase, the diffraction peaks are very sharp and narrow, consistent with the standard reference cards. However, at the nanoscale, the peaks broaden and their intensity changes, indicating a reduction in crystallite size and an increase in structural defects. A comparison is made between the simulation and the experimental results, showing that the agreement between the experimental XRD pattern and the simulated one in terms of the number of peaks, their positions, relative intensities, and peak widths indicates good consistency.
Conclusion: This research confirms that XRD simulation is a powerful and efficient tool for the structural analysis of nanomaterials, capable of accurately reproducing the effects of size and defects on diffraction patterns. Therefore, the developed program can play a significant role in the analysis and design of ZnSe semiconductor nanostructures and other compounds.

کلیدواژه‌ها English

Crystallite, Crystal structure of ZnSe, X-ray Diffraction (XRD) simulation, Bragg'

s formula, Quantum dots

[1] Nikolaos I. Prasianakis. (2024). AI-enhanced X-ray diffraction analysis: towardsreal-time mineral phase identification and quantification. ISSN 2052-2525, 11, 647–648.

[2] Saeed Ebrahimi & Masoud Rezvani Jalal & Seyyedeh Fatemeh Hosseini. (2024). Optical, Structural and Mechanical Properties of Ag2O2/Ag2CO3 Nanocomposite Synthesized by Air-Plasma Electrolysis.

[3] Valeri Petkov. (2008). Nanostructure by high-energy X-ray diffraction. NOVEMBER, VOLUME 11, NUMBER 11, ISSN:1369 7021.

[4] Cameron F. Holder & Raymond E. Schaak. (2019). Tutorial onPowder X-ray Diffraction for Characterizing Nanoscale Materials. ACS Nano, 13, 7359−7365.

[5] Saeed Ebrahimi & Dariush Souri & Alireza Khezripour. (2022). Strain-size features of bare ZnSe:Cu and ZnSe:Cu@ZnS core/shell quantum dots from extensive X-ray diffraction analysis, and their photoluminescence properties. Journal of Luminescence 244 118757.

[6] K. Venkateswarlu & M. Sandhyarani & T.A. Nellaippan & N. Rameshbabu. (2014). Estimation of crystallite size, lattice strain and dislocation density of nanocrystalline carbonate substituted hydroxyapatite by X-ray peak variance analysis. Procedia Mater. Sci. 5, 212–221. [23] V. Soleimanian, M.

[7] A. Rachidi & E. H. Atmani1 & N. Fazouan & M. Boujnah. (2016). “A Study by Ab-Initio Calculation of Structural and Electronic Properties of Semiconductor Nanostructures Based on ZnSe, Materials Sciences and Applications. 7, 562-573.

[8] MF Hasaneen & ZAAlrowailiand WS Mohamed. (2020). Structure and optical properties of polycrystalline ZnSe thin films: validity of Swanepol’s approach for calculating the optical parameters. Mater. Res. Express 7, 016422.

[9] Erfaneh Moghaddasi Nezhad & Dariush Souri & Ali Reza Soleymani & Ali Reza Khezripour. (2024). New insights into non-linear optical properties, photocatalytic activity, and applications of ZnSe:Cu nanoparticles prepared by microwave-assisted hydrothermal method. Inorganic Chemistry Communications 169 113027.

[10] Ali Reza Khezripour & Dariush Souri & Hadis Tavafi & Mehdi Ghabooli, (2019) Serial dilution bioassay for the detection of antibacterial potential of ZnSe quantum dots and their Fourier transform infra-red spectroscopy. Measurement 148,106939.

[11] Saikat Chattopadhyay, Naveen V. Kulkarni & et al, (2011). Lattice expansion in ZnSe quantum dots, Materials Letters 65, 1625–1627.

[12] Subhojyoti Sinha, Sanat Kumar Chatterjee, Jiten Ghosh, Ajit Kumar Meikap, (2015). Electrical transport properties of consolidated ZnSe quantum dots at and above room temperature, Current Applied Physics 15, 555-562.

[13] Karsten Klauke, Dzmitry H. Zaitsau & et al, (2018). Thermodynamic properties of selenoether-functionalized ionic liquids and their use for the synthesis of zinc selenide nanoparticles, Dalton Trans., 47, 5083

[14] I. K. El Zawawi & K. Sedeek, A. Adam & Manal A. Mahdy. (2010). Structural and ESR analysis of The prepared Zn_1–xMn_xSe compounds. конденсированные среды и межфазные границы. Том 12, № 1, С. 9—16.

[15] K. Senthilkumar & T. Kalaivani & S. Kanagesan & V. Balasubramanian. (2012). Synthesis and characterization studies of ZnSe quantum dots. Mater Electron 23:2048–2052.

[16] S. Venkatachalam & D. Mangalaraj & Sa. K. Narayandass & K. Kimb, J. Yi, Structure. (2005). Optical and electrical properties of ZnSe thin films. Physica B 358 27–35.

[17] B. D. Cullity. (1978). Elements of X-RAY Diffraction. Second Edition, Department of Metallurgical Engineering and Materials Science University of Nôtre Dame, Library of Congress Catalog Card No. 77-73950.

[18]A. E. Ross & D. G. Mc Culloch & D. R. McKenziea. (2020). Extending the Debye scattering equation for diffraction from a cylindrically averaged group of atoms: detecting molecular orientation at an interface. Acta Cryst. A 76, 468–473.

[19] B.D. Cullity S.R. Stock. (2014). Elements of X-Ray Diffraction. Third Edition, ISBN 10: 1-292-04054-8, ISBN 13: 978-1-292-04054-7.

[20] B.D. Hosseini Moradi,S A and Faghani,G . (2026). Synthesis and evaluation the microstructure and electrochemical properties of rGO-ZIF-8 hybrid nanocoating created on aerospace steel. Aerospace Defense, 4(4), 1-20.