نقشه ترکیبات Zintl AM2Pn2

       خانواده AM2Pn2 (A= Ca, Sr, Ba, Yb, Mg; M = Zn, Cd, Mg; و Pn = N, P, As, Sb, Bi) از فازهای زینتل به عنوان مواد ترموالکتریک شناخته شده است و اخیراً توجه زیادی را به خود جلب کرده است به عنوان مواد بسیار امیدوارکننده برای جاذب های خورشیدی در سلول های خورشیدی تک پیوندی و پشت سر هم. در این مقاله، ما از اصول اولیه، کل خانواده ترکیبات AM2Pn2 را از نظر ساختار حالت پایه، پایداری ترمودینامیکی و ساختار الکترونیکی بررسی خواهیم کرد. ما همچنین طیف‌سنجی فوتولومینسانس را بر روی پودر فله‌ای و نمونه‌های لایه نازک انجام می‌دهیم تا نتایج خود را تأیید کنیم، از جمله اولین اندازه‌گیری‌های شکاف‌های نواری SrCd2P2 و CaCd2P2.

      ترکیبات AM2Pn2 پایداری گسترده‌ای را نشان می‌دهند، بیشتر ایزواستراکچرال به CaAl2Si2 (P3̅m1) هستند و طیف وسیعی از شکاف‌های نواری از 0 تا بیش از 3 eV را پوشش می‌دهند. این می تواند آنها را برای اهداف مختلفی مفید کند، که برای آنها چندین کاندید پیشنهاد می کنیم، مانند CaZn2N2 برای جاذب های خورشیدی سلول های بالایی پشت سر هم و SrCd2Sb2 و CaZn2Sb2 برای آشکارسازهای مادون قرمز. با بررسی ساختارهای نواری AM2Pn2، متوجه می‌شویم که Mg3Sb2 به دلیل داشتن چندین جیب نواری ظرفیت خارج از Γ، که در میان ترکیب‌های مورد مطالعه در اینجا منحصربه‌فرد است، بیشترین امید را به عنوان یک ماده ترموالکتریک دارد.

      در اینجا، ما به طور سیستماتیک پایداری فاز و ساختار نواری الکترونیکی ترکیبات AM2Pn2 را در طیف وسیعی از ترکیبات، با استفاده از محاسبات اصول اولیه، مطالعه کرده‌ایم و دریافتیم که اکثر ترکیب‌های مورد مطالعه در اینجا پایدار و ایزواستراکچرال هستند و اینها طیف وسیعی از شکاف‌های نواری را در اختیار دارند. شکاف نواری به طور کلی با کاهش جرم Pn افزایش می یابد. در حالی که بیسموتیدها عمدتاً فلزی هستند، نیتریدها دارای شکاف های نواری بزرگتر از 3 eV هستند. ما نتایج را با ادبیات تجربی مقایسه می کنیم و آنها را با نتایج تجربی جدید تکمیل می کنیم. کار ما می تواند برای درک ترکیبات AM2Pn2 تثبیت شده، پیشنهاد ترکیبات جدید AM2Pn2 برای سنتز و پیشنهاد کاربردهای خاص برای شیمی های خاص استفاده شود.