Ab-initio study of structural, elastic, electronic, Optical and Thermodynamic properties of sphalerite ZnS Compound
| dc.contributor.author | YOUSFI , Imane | |
| dc.contributor.author | SAOUDI , Amer Encadrant | |
| dc.date.accessioned | 2026-11-09T10:06:11Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description | تقدم هذه الدراسة بحثًا من البداية (ab-initio) حول الخصائص الهيكلية والمرنة والإلكترونية والبصرية و الديناميكي الحرارية لسفاليريت (ZnS) تحت الضغط الهيدروستاتيكي، وذلك باستخدام نظرية وظيفية الكثافة (DFT) ضمن طريقة الجهد الزائف للموجة المستوية (PP-PW) كما تم تطبيقها في برنامج CASTEP ، مع استخدام تقريب GGA- PBEsol .تم تحليل النتائج المحسوبة ومقارنتها بالبيانات النظرية والتجريبية المتاحة. يؤدي زيادة الضغط حتى GPa 15 إلى انخفاض مستمر في ثابت الشبكة وحجم الخلية الوحدوية. تزداد الثوابت المرنة (C₁₁, C₁₂) ومعامل الحجم B مع زيادة الضغط، مما يشير إلى زيادة الصلابة الميكانيكية. يحافظ المركب على طبيعة فجوة النطاق المباشرة عند نقطة Γ ، بينما تتسع فجوة النطاق من eV 2.076 عند GPa 0 إلى eV 2.716 عند GPa 15 . تُظهر الأطياف الضوئية تغيرات منهجية في معامل الامتصاص، والموصلية الضوئية، والانعكاسية تحت الضغط. يُظهر التحليل الديناميكي الحراري (حتى GPa 15 و K1000) انخفاضًا في معامل التمدد الحراري وزيادة في درجة حرارة ديبي، في حين تقترب السعة الحرارية من حد دولونغ-بيتي عند درجات الحرارة العالية. تُثبت هذه النتائج استقرار الزنك السفاليريت ZnS وخصائصه القابلة للضبط بالضغط، مما يسلط الضوء على إمكاناته في التطبيقات الإلكترونية الضوئية المتقدمة وتلك التي تتطلب ضغطًا عاليًا | |
| dc.description.abstract | This work presents an ab-initio investigation of the structural, elastic, electronic, optical, and thermodynamic properties of sphalerite ZnS under hydrostatic pressure using Density Functional Theory (DFT) within the plane-wave pseudopotential (PP-PW) method as implemented in CASTEP, employing the GGA-PBEsol approximation. The calculated results were analyzed and compared with available theoretical and experimental data. Increasing pressure up to 15 GPa leads to a continuous reduction in lattice constant and unit-cell volume. The elastic constants (C₁₁, C₁₂) and bulk modulus B increase with pressure, indicating enhanced mechanical stiffness. The compound preserves its direct band-gap nature at the Γ-point, while the band gap widens from 2.076 eV at 0 GPa to 2.716 eV at 15GPa. Optical spectra exhibit systematic variations in absorption coefficient, optical conductivity, and reflectivity under compression. Thermodynamic analysis (up to 15 GPa and 1000 K) shows a decrease in the thermal expansion coefficient and an increase in Debye temperature, whereas the heat capacity approaches the Dulong-Petit limit at high temperatures. These findings demonstrate the stability and pressure-tunable properties of sphalerite ZnS, highlighting its potential for advanced optoelectronic and high-pressure applications. | |
| dc.description.sponsorship | Ce travail présente une étude ab initio des propriétés structurales, élastiques, électroniques, optiques et thermodynamiques du ZnS dans sa phase sphalérite sous pression hydrostatique, en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) dans le cadre de la méthode des pseudopotentiels à ondes planes (PP-PW), telle qu’implémentée dans le code CASTEP, avec l’approximation du gradient généralisé GGA-PBEsol. Les résultats obtenus ont été analysés et comparés aux données théoriques et expérimentales disponibles dans la littérature. L'augmentation de la pression jusqu'à 15 GPa entraîne une diminution continue du paramètre de maille et du volume de la cellule élémentaire. Les constantes élastiques (C₁₁, C₁₂) ainsi que le module de compressibilité B augmentent avec la pression, indiquant un renforcement de la rigidité mécanique. Le composé conserve son caractère à gap direct au point Γ, tandis que la largeur de la bande interdite s’élargit de 2.076 eV à 0 GPa à 2.716 eV à 15 GPa. Les spectres optiques présentent des variations systématiques du coefficient d'absorption, de la conductivité optique et de la réflectivité sous compression. L’analyse thermodynamique (jusqu’à 15 GPa et 1000 K) montre une diminution du coefficient de dilatation thermique et une augmentation de la température de Debye, tandis que la capacité calorifique tend vers la limite classique de Dulong-Petit aux températures élevées. Ces résultats mettent en évidence la stabilité et le caractère modulable sous pression du ZnS sphalérite, soulignant son potentiel pour des applications optoélectroniques avancées et dans des environnements à haute pression. | |
| dc.identifier.other | MPH/0720 | |
| dc.identifier.uri | https://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/3965.2 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Setif 1 Unuversity Ferhat Abbas . Faculty of Sciences | |
| dc.subject | Density Functional Theory (DFT) | |
| dc.subject | ZnS | |
| dc.subject | Sphalerite | |
| dc.subject | Structural properties | |
| dc.subject | Elastic properties | |
| dc.subject | Electronic properties | |
| dc.subject | Optical properties | |
| dc.subject | Thermodynamic properties | |
| dc.subject | Hydrostatic pressure | |
| dc.subject | CASTEP | |
| dc.title | Ab-initio study of structural, elastic, electronic, Optical and Thermodynamic properties of sphalerite ZnS Compound | |
| dc.type | Thesis |