Ab initio Studies of Elastic Properties of CdSe1 – xSx Solid State Solution

Abstract

Досліджено пружні властивості твердого розчину CdSe1 – xSx (x = 0 – 1, при ∆x = 0,25) у рамках розрахунків теорії функціоналу густини. Структури зразків CdSe1 – xSx отримані заміщенням сірки на атоми селену в гексагональному CdS. Модуль Юнга, модуль зсуву, об’ємний модуль і коефіцієнт Пуассона кристалів CdSe1 – xSx були розраховані з перших принципів. Проаналізовано залежності пружних властивостей твердого розчину CdSe1 – xSx від показника вмісту x на інтервалі 0 ≤ x ≤ 1. Відповідно до правила Францевича та значення коефіцієнта Пуассона матеріали були класифіковані як пластичні. Коефіцієнт анізотропії Зенера та параметр Клеймана розраховуються на основі пружних констант Cij. Також розраховано концентраційну залежність швидкості поздовжньої пружної хвилі, швидкості поперечної пружної хвилі та середньої швидкості звуку. На основі середньої швидкості звуку було розраховано концентраційну поведінку температури Дебая. Кореляційний аналіз показує збіг результатів розрахунку (модуля пружності та температури Дебая) з відомими експериментальними даними в рамках похибки.

The elastic properties of the CdSe1 – xSx (x = 0 – 1, with ∆x = 0.25) solid state solution in the framework of density functional theory calculations were investigated. The structures of the CdSe1 – xSx samples are obtained by the substitution of sulfur with selenium atoms in hexagonal CdS. The Young’s modulus, shear modulus, bulk modulus and Poisson ratio of CdSe1 – xSx crystals were calculated from first principles. The dependences of the elastic properties of the CdSe1 – xSx solid solution on the content index x within the interval 0 ≤ x ≤ 1 are analyzed. According to Frantsevich rule and value of Poisson ratio the materials have been classified as ductile. Zener anisotropy factor and Kleimann parameter are calculated on the basis of the elastic constants Cij. Also, concentration dependence of longitudinal elastic wave velocity, transverse elastic wave velocity and average sound velocity are calculated. Based on the average sound velocity the concentration behavior of Debye temperature was calculated. The correlation analysis shows a good agreement of the calculation results (elastic modulus and Debye temperature) with known experimental data.