The structural, mechanical, electronic, optical and thermodynamic properties of t-X₃As₄ (X = Si, Ge and Sn) by first-principles calculations

Abstract

The structural, mechanical, electronic, optical and thermodynamic properties of the t-X₃As₄ (X = Si, Ge and Sn) with tetragonal structure have been investigated by first principles calculations. Our calculated results show that these compounds are mechanically and dynamically stable. By the study of elastic anisotropy, it is found that the anisotropic of the t-Sn₃As₄ is stronger than that of t-Si₃As₄ and t-Ge₃As₄ . The band structures and density of states show that the t-X₃As₄ (Si, Ge and Sn) are semiconductors with narrow band gaps. Based on the analyses of electron density difference, in t-X₃As₄ As atoms get electrons, X atoms lose electrons. The calculated static dielectric constants, ε1(0), are 15.5, 20.0 and 15.1 eV for t-X₃As₄ (X = Si, Ge and Sn), respectively. The DulongPetit limit of t-X₃As₄ is about 10 J mol−1 K⁻¹ . The thermodynamic stability successively decreases from t-Si₃As₄ to t-Ge₃As₄ to t-Sn₃As₄ .

Структурнi, механiчнi, електроннi, оптичнi i термодинамiчнi властивостi t-X₃As₄ (X = Si, Ge i Sn) з тетрагональною структурою дослiджено з першопринципних розрахункiв. Результати обчислень показують, що цi сполуки є механiчно i динамiчно стiйкими. Дослiдивши пружну анiзотропiю, встановлено, що анiзотропiя t-Sn₃As₄ є сильнiша, нiж анiзотропiя t-Si₃As₄ i t-Ge₃As₄. Зонна структура i густина станiв показують, що t-X₃As₄ (Si, Ge i Sn) — це напiвпровiдники з вузькими забороненими зонами. На основi аналiзу рiзницi електронної густини встановлено, що у t-X₃As₄ атоми As отримують електрони, а X атоми втрачають електрони. Розрахованi статичнi дiелектричнi сталi, ε1(0), є 15.5, 20.0 i 15.1 еВ вiдповiдно для t-X₃As₄ (X = Si, Ge i Sn). Границя Дюлонга-Птi t-X₃As₄ є бiля 10 Дж·моль−1 ·K⁻¹ . Термодинамiчна стiйкiсть поступово понижується вiд t-Si₃As₄ до t-Ge₃As₄ i до t-Sn₃As₄.