Electronic charge density and internal crystallographic distortion in the chalcopyrite ZnGeAs₂

Summary

Model calculations show that the difference between the two cations in ABC₂ chalcopyrites produces a tetragonal distribution of the valence electron charge which in turn induces a distortion of the lattice. Comparative self-consistent pseudopotential calculations for ZnGeAs₂ and for a fictitious zincblende compound$\overline {Zn - Ge} As$ confirm that the tetragonal component of the electron charge density in ZnGeAs₂ is mostly due to the chemical difference between Zn and Ge and not to crystallographic distortions. These self-consistent calculations also show that i) the lower value of the energy gap in ZnGeAs₂ than in$\overline {Zn - Ge} As$ is mostly due to cation chemical differences and ii) the crystal field splitting of the topmost valence bands in ZnGeAs₂ mostly originates from thec/a unit-cell distortion.

Riassunto

Indagini dettagliate mostrano come la differenza tra i due cationi nelle calcopiriti ABC₂ produce una distribuzione tetragonale della carica di valenza che a sua volta induce una distorsione nel reticolo. Calcoli accurati utilizzanti pseudopotenziali autocoerenti per ZnGeAs₂ e per un immaginario composto zincoblenda$\overline {Zn - Ge} As$ confermano che la componente tetragonale della carica in ZnGeAs₂ è principalmente dovuta alla differenza chimica tra Zn e Ge e non a distorsioni cristallografiche. Questi calcoli autocoerenti mostrano anche che i) il valore piú basso del gap in ZnGeAs₂ rispetto a$\overline {Zn - Ge} As$ è principalmente dovuto alle differenze chimiche dei cationi e ii) la separazione da campo cristallino della banda di valenza piú alta in ZnGeAs deriva essenzialmente dalla distorsione della cella unitariac/a.

Реюме

Моделяные вычисления показывают, что различие между двумя катионами в ABC₂ халькопиритах приводит к тетрагональному распредению валентного электронного эаряда, что, в свою очередь, прновдит к дисторсии решетки. Сравнительные самссогласованные вычисления псевдопотенциала для ZnGeAs₂, и для ложной цинковой обманки$\overline {Zn - Ge} As$ подтверждают, тетрагональная компонента плотности электронного заряда в ZnGeAs₂ главным образом, обусловлена химическим различием между Zn и Ge, а не кристаллографическими дисторсиями. Эти самосогласованные вычисления также показывают, что 1) меньшая величина энергетическою щеди в ZnGeAs₂ по сравнению с$\overline {Zn - Ge} As$, в основном, обусловлена химическими различиями катионов и 2) расщепление кристаллического поля на самою верщине валентных зон в ZnGeAs₂ связано с дисторсиеюc/a единичною ячеюкн.