Ab initio дослідження електрон-фононної взаємодії у халькогенідах індію

Abstract

Вперше проведено першопринципні дослідження електрон-фононної взаємодії в шаруватих кристалах β-InSe і In4Se3. Одержано константи електрон-фононної взаємодії, спектральні функції Еліашберга та уширення фононних гілок, зумовлених цією взаємодією. Розраховані величини ізотропних параметрів електрон-фононного зв’язку демонструють кількісне збільшення взаємодії електронної та фононної підсистем при переході від β-InSe до In4Se3, що узгоджується зі зростанням середнього перекриття атомних функцій. Встановлено, що основний вклад в означені характеристики вносять високочастотні оптичні моди, відповідні за коливання у перпендикулярному до площини шарів напрямку.

Впервые проведено первопринципные ислледования электрон-фононного взаимодействия в слоистых кристаллах β-InSe и In4Se3. Получено константы электрон-фононного взаимодействия, спектральные функции Элиашберга и уширение фононных ветвей. Рассчитанные величины изотропных параетров электрон-фононной связи демонстрируют количественное увеличние взаимодействия электронной и фононной подсистем при переходе от β-InSe до In4Se3, что согласуется с возрастанием среднего перекрытия атомных функций. Установлено, что основной вклад в данные характеристики вносят высокочастотные оптические моды, ответственны за колебания в перепендикулярном к плоскости слоев направлении. Ключевые слова: селениды индия, электрон-фононное взаимодействие, первопринципные расчеты, спектральная функция Элиашберга.

Purpose. Nowadays, the indium selenides have attracted increasing attention since they are potential candidates for the applications of their physical properties in many devices. In particular, in the In4Se3 semiconductor, it was revealed a high thermoelectric figure of merit that opens its perspectivity for thermoelectrics. In the single layer of InSe, the unusual transport phenomena and optical properties have been observed. For both crystals, these anomalies are connected with the strong electron-phonon coupling owing to the peculiar character of electron states and their interaction with phonons. Therefore, for the bulk In4Se3 and β-InSe crystals, it is of interest to study the electron-phonon coupling which can play an important role in the physical properties of considered materials. The main aim of our paper is to carry out the investigation of the evolution of the electron-phonon interaction at the transition from the β-InSe crystal to the In4Se3 Methods. The program packet ABINIT with the application of the updated methodology of the density functional perturbation theory (DFPT). Results. In our work, we calculated the phonon spectra, density of phonon states, the Eliasberg spectral function 2F(ω), and electron-phonon coupling strength. The phonon linewidths Γel−ph for phonon wavevectors along high symmetry directions in the Brillouin zone are obtained too. Conclusion. According to our estimations, the parameters of electron-phonon interaction for In4Se3 are higher than for β-InSe that indicates an increase in energy exchange between vibrational and electronic states. This fact is connected with the stronger interaction between the corrugated layers and more complicated chemical bonding topology in In4Se3 in comparison with the β-InSe layered crystal. The main contribution in these characteristics is due to the high-frequency optical vibrations which are responsible for the oscillations in the perpendicular direction to the planes of the layers. 45