Study of the Structural and Electronic Properties of MgO in the Wurtzite Phase Using the Density Functional Theory

Abstract

Ab initio метод псевдопотенціалу заснований на теорії функціоналу щільності (DFT), в якій використовуються наближення узагальненого градієнта (GGA) за схемою, описаною Perdew-BurkeErnzerhof (PBE), і наближення локальної щільності (LDA) за схемою, описаною Ceperly-Alder (CA). Метод реалізовано за допомогою програми Siesta для вивчення структурних та електронних властивостей фази вюрциту (B4) сполуки оксиду магнію (MgO) і є корисним для прогнозування кристалічної структури MgO. Фактично розраховані структурні параметри даної сполуки узгоджуються з наявними експериментальними даними, тому отримані результати можна вважати хорошим прогнозом. Виявлено, що як параметри решітки, так і ширина забороненої зони при нульовому тиску узгоджуються з попередніми теоретичними та експериментальними результатами. Крім того, отримана енергія зв'язку порівнюється з результатами попередньої роботи. Електронні властивості, особливо загальна густина станів (TDOS) і часткова густина станів (PDOS), також показують, що внесок атома кисню в DOS в області, близькій до рівня Фермі, є значним. Порівняння розрахованих параметрів решітки та всіх електронних властивостей з наявними експериментальними значеннями виявляє узгодженість між ними. Ці результати в цілому узгоджуються з результатами експерименту.

The ab initio pseudopotential method is based on Density Functional Theory (DFT), in which the Generalized Gradient Approximation (GGA) according to the scheme described by Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) and the Local Density Approximation (LDA) according to the scheme described by Ceperly-Alder (CA) are used. The method is implemented using the Siesta program to investigate the structural and electronic properties of the wurtzite (B4) phase of magnesium oxide (MgO) compound. Indeed, it is a useful method to predict the crystal structure of MgO. Actually, the calculated structural parameters of this compound are consistent with the available experimental data, so these results can be considered as a good prediction. Both the lattice constants and band gap at zero pressure are found to be in agreement with previous theoretical and experimental results. Besides, the binding energy is verified and compared with previous work. Electronic properties, especially the Total Density of States (TDOS) and Partial Density of States (PDOS), also show that the contribution of the oxygen atom to DOS in the region close to the Fermi level is significant. Comparison of the calculated lattice parameters and all electronic properties with the available experimental values reveals the compatibility between them. These results are in broad agreement with experimental results.