تحلیل الکترونیکی و اپتیکی نانولوله‌های کربید ژرمانیوم تحت تنش با رویکرد نظریه تابع چگالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 رئیس گروه آموزشی کارشناسی ارشد تحصیلات تکمیلی دانشگاه پدافندهوایی خاتم الانبیاء(ص)

2 گروه مهندسی برق، واحد جنوب تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده
مقدمه: توسعه نانومواد عملکردی پیشرفته برای نسل بعدی ادوات اپتوالکترونیک بسیار حیاتی است. نانولوله‌های کربید ژرمانیوم (GeCNTs) به دلیل خواص الکترونیکی منحصربه‌فرد و قابلیت تنظیم ساختاری، به عنوان کاندیداهای بسیار نویدبخشی شناخته شده‌اند که آن‌ها را برای کاربردهای فناوری بالا بسیار مرتبط می‌سازد.
روش‌ها: در این پژوهش، خواص الکترونیکی و اپتیکی نانولوله‌های GeCNT با شاخص‌های مختلف و تحت اعمال تنش هیدرواستاتیکی مورد بررسی قرار گرفت. محاسبات با استفاده از روش‌های اصول اولیه مبتنی بر نظریه تابعی چگالی (DFT) و در چارچوب تقریب PBE-GGA انجام شده است.
یافته‌ها:نتایج نشان‌دهنده وابستگی شدید رفتار الکترونیکی به شاخص پیچش (Chirality) نانولوله است. به‌طور مشخص، نانولوله (5,0) دارای شکاف نواری مستقیم نزدیک به صفر است و رفتاری شبه‌فلزی دارد، در حالی که نانولوله (10,0) یک نیمه‌رسانای با شکاف نواری مستقیم ۱.۲۹ الکترون‌ولت است. بررسی خواص اپتیکی در قطبش خارج از صفحه نشان می‌دهد که مهم‌ترین گذارهای اپتیکی در بازه انرژی ۱.۵ تا ۴ الکترون‌ولت رخ می‌دهند. همچنین، تغییر شاخص و اعمال تنش هیدرواستاتیکی منجر به تغییرات محسوس در پاسخ اپتیکی این نانوساختارها می‌شود.
نتیجه‌گیری:نانولوله‌های GeCNT قابلیت تنظیم استثنایی در هر دو حوزه الکترونیکی و اپتیکی را ارائه می‌دهند. این ویژگی‌ها، این نانوساختارها را به گزینه‌ای بسیار مناسب برای کاربرد در حسگرهای اپتیکی، ادوات فوتونیکی و آشکارسازهای فروسرخ، به‌ویژه در سامانه‌های هوافضا و دفاعی تبدیل می‌کند

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Electronic and Optical Analysis of Strained Germanium Carbide Nanotubes Using a Density Functional Theory Approach

نویسنده English

Ghobad Mohammad kari 2
2 Department of Electrical Engineering, South Tehran Branch, Islamic Aazd University, Tehran, Iran
چکیده English

Introduction:The development of advanced functional nanomaterials is crucial for next-generation optoelectronic devices. Germanium Carbide Nanotubes (GeCNTs) have emerged as promising candidates due to their unique electronic properties and potential for structural tunability, making them highly relevant for high-tech applications.
Methods:In this study, the electronic and optical properties of GeCNTs with various chiral indices were investigated under the influence of hydrostatic strain. The calculations were performed using first-principles methods based on Density Functional Theory (DFT) within the Perdew-Burke-Ernzerhof Generalized Gradient Approximation (PBE-GGA) framework.
Findings:The results demonstrate a significant dependence of electronic behavior on the nanotube chirality. Specifically, the (5,0) GeCNT exhibits a near-zero direct bandgap, behaving as a quasi-metallic structure, whereas the (10,0) GeCNT functions as a semiconductor with a direct bandgap of 1.29 eV. Optical property analysis in out-of-plane polarization reveals that the most significant optical transitions occur within the 1.5 to 4 eV energy range. Furthermore, both changes in chirality and the application of hydrostatic strain lead to substantial modifications in the optical response of these nanostructures.
Conclusion:GeCNTs offer exceptional tunability in both electronic and optical domains. These characteristics position GeCNTs as highly suitable materials for applications in optical sensors, photonic devices, and infrared detectors, particularly within the aerospace and defense sectors.

کلیدواژه‌ها English

Density Function Theory
Germanium carbide nanotubes
Optical properties
Electronic properties
دوره 5، شماره 2
تابستان 1405
صفحه 50-62

  • تاریخ دریافت 09 اسفند 1404
  • تاریخ بازنگری 17 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 08 خرداد 1405