Физика Низких Температур: Том 46, Выпуск 12 (Декабрь 2020), c. 1430-1436    ( к оглавлению , назад )

First-principles LCAO study of the low- and room-temperature phases of CdPS3

Alexei Kuzmin

Institute of Solid State Physics, University of Latvia, Riga LV-1063, Latvia
E-mail: a.kuzmin@cfi.lu.lv

Received September 24, 2020, published online October 21, 2020

Abstract

The electronic and atomic structure of a bulk 2D layered van-der-Waals compound CdPS3 was studied in the low (R3) and room (C2/m) temperature phases using first-principles calculations within the periodic linear combination of atomic orbitals method with hybrid meta exchange-correlation M06 functional. The calculation results reproduce well the experimental crystallographic parameters. The value of the indirect band gap Eg = 3.4 eV for the room-temperature monoclinic C2/m phase is close to the experimental one, while the indirect band gap Eg = 3.3 eV was predicted for the low-temperature trigonal R3 phase. The effect of hydrostatic pressure on the band gap in both phases was studied in the pressure range from 0 to 40 GPa. In both cases, the pressure dependence of the band gap passes through a maximum, but at different pressures. In the R3 phase, the band gap reaches its maximum value of ~ 4 eV at ~ 30 GPa, whereas in the C2/m phase, the maximum value of ~ 3.6 eV is reached already at ~ 8 GPa.

Анотація

Електронну та атомну структуру об’ємної шаруватої (2D) ван-дер-ваальсової сполуки CdPS3 вивчено у низькотемпературній фазі R3, а також у фазі C2/m при кімнатній температурі з використанням розрахунків з перших принципів методом періодичної лінійної комбінації атомних орбіталей з гібридним метаобмінним кореляційним функціоналом M06. Результати розрахунку добре узгоджуються з експериментальними кристалографічними параметрами. Отримана ширина непрямої забороненої зони Eg = 3,4 еВ для моноклінної фази C2/m при кімнатній температурі є близькою до експериментальної величини, стосовно низькотемпературної тригональної фази R3 передбачається ширина непрямої забороненої зони Eg = 3,3 еВ. Вплив гідростатичного тиску на ширину забороненої зони в обох фазах досліджено у діапазоні тисків від 0 до 40 ГПа. В обох випадках залежність ширини забороненої зони від тиску має максимум, але при різних тисках. У фазі R3 ширина забороненої зони досягає максимального значення ~ 4 еВ при ~ 30 ГПа, тоді як у фазі C2/m максимальне значення ~3,6 еВ досягається вже при ~ 8 ГПа.

Key words: CdPS3, layered compound, electronic structure, first-principles calculations, high pressure.