This is not the latest version of this item. The latest version can be found here.
Ab-initio study of structural, elastic, electronic, Optical and Thermodynamic properties of sphalerite ZnS Compound
Loading...
Files
Date
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Setif 1 Unuversity Ferhat Abbas . Faculty of Sciences
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.
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
