Caractérisation structurale et vibrationnelle du ZnO par approches expérimentales et calculs ab-initio

Loading...
Thumbnail Image

Date

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Université Sétif 1 Ferhat Abbas. Faculté des Science

Abstract

We have studied the structural, elastic, and electronic properties of zinc oxide (ZnO) in the wurtzite phase using first-principles calculations based on Density Functional Theory (DFT), implemented through the CASTEP code with the GGA-PBESOL approximation, combined with experimental characterization by FTIR and UV-Visible spectroscopy. We study the lattice parameters (a and c), elastic constants (C₁₁, C₁₂, C₁₃, C₃₃, C₄₄, C₆₆), mechanical moduli (B, G, E), Poisson's ratio (ν), Debye temperature (θD), band structure and density of states (DOS). The theoretical results show that the lattice parameters (a = 3.2372 Å, c = 5.2237 Å) are in excellent agreement with available experimental data from the literature. We find that ZnO is a direct-bandgap semiconductor at the Γ point, with ductile character (B/G = 3.94 > 1.75) and good thermal stability (θD = 387.84 K). Experimentally, FTIR spectroscopy reveals an absorption band at 422 cm⁻¹ attributed to Zn-O bond stretching, confirming the high purity of the sample, while UV-Visible spectroscopy yields an optical bandgap of 3.16 eV determined by the Tauc method, is in good agreement with experimental values reported in the literature

Description

قمنا بدراسة الخصائص البنيوية والمرنة والإلكترونية لأكسيد الزنك (ZnO) في طور Wurtzite باستخدام حسابات المبادئ الأولى المبنية على نظرية الكثافة الوظيفية (DFT)، المنفَّذة عبر برنامج CASTEP بتقريب GGA-PBESOL، إلى جانب توصيف تجريبي بطيفَي FTIR وUV-Visible. ندرس ثوابت الشبكة( a) وc))، وثوابت المرونة) C₁₁، C₁₂، C₁₃، C₃₃، C₄₄ (C₆6)، والمعاملات الميكانيكية) (B، (G)، (E)، ومعامل بواسون (ν)، ودرجة حرارة ديباي (θD)، وبنية النطاق الإلكتروني وكثافة الحالات. تُظهر النتائج النظرية أن ثوابت الشبكة ((a = 3.2372 Å، c = 5.2237 Å) تتوافق توافقاً ممتازاً مع البيانات التجريبية المتاحة في الأدبيات العلمية. نجد أن ZnO شبه موصل ذو فجوة طاقة مباشرة عند نقطة Γ، بطابع مطيلي (B/G = 3.94 > 1.75) وثبات حراري جيد (θD = 387.84 K). وتجريبياً، يكشف طيف FTIRعن حزمة امتصاص عند 422 cm⁻¹ تُعزى لاهتزاز رابطة Zn-O مما يؤكد نقاء العينة، في حين يُعطي طيف UV-Visible فجوة طاقة ضوئية تبلغ 3.16 eV بطريقة Tauc، في اتفاق جيد مع القيم التجريبية المُبلَّغ عنها في الأدبيات. .

Citation

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By