Linearized Augmented Plane Wave Band Structure Calculations and Dielectric Function of Layered TlGaSe₂

Abstract

The electronic energy-band structure of the room temperature phase of the ternary layered TlGaSe 2 has been approached using linearized augmented plane wave (LAPW) method. Band structure and dielectric function have been calculated. This function has also been obtained in a wide range of photon energies from 0.76 to 6.5 eV by using spectroscopic phase modulated ellipsometry and a good agreement between the calculated and measured values has been observed. As derived from the used LAPW wave function set, the valence band top, occupying the center of the Brillouin zone originates from Tl 6s and Se 4p anti-bonding states, while the conduction band bottom, occupying a shifted-from-the center position on À-Y symmetry line is due to Tl 6p and Se 4p anti-bonding states. Higher than this bottom by 50 meV, there is one more conduction band minimum in the center of the Brillouin zone. It has been shown that the calculated dielectric function accounts for all polarization peculiarities of the direct band-gap transitions in TlGaSe 2 at room temperature.

Band gap exciton in ferroelectric TlInS2: Dimensionality and screening

“…Recent calculations for TlGaSe 2 , belonging to the same TlMeX 2 family have shown for the most part 3D character of the electronic band structure. Therefore the fact that interlayer bonds are much weaker than intralayer ones is questionable as the reason underlying two‐dimensionality of the band‐gap exciton in TlInS 2 .…”

Room‐temperature photoluminescence in quasi‐2D TlGaSe2 and TlInS2semiconductors

“…In the past, a number of optical spectroscopy studies have been performed using these semiconductors under a convenient light direction normal to the ab plane; k || c, E ⊥ c. These studies revealed predominantly forbidden electron transitions and a close indirect and direct optical band gaps resulting from the weak covalent nature of the interlayer bonding [2][3][4][5][6][7][8][9]. In agreement with theoretical calculations of the electronic structure [6,9,10], the restriction of the band gap optical transitions comes from the fact that the bottom of the conduction band is mainly composed of Tl:6p orbitals whereas the top of the valence band of X:4p orbitals. The amount of states which symmetry forbids the transition in the dipole approximation is vastly larger in TlGaSe 2 than in TlInS 2 .…”

Тип оптических переходов на краю фундаментального поглощения кристаллов TlGaSe-=SUB=-2-=/SUB=- и TInS-=SUB=-2-=/SUB=-, подвергнутых γ-облучению

“…Благодаря близости энергий прямых и непрямых зон эти кристаллы относятся к полупроводникам со смешанными типами краевого поглощения, что является следствием слабости сил осцилляторов, ответственных за эти переходы. Теоретический расчет зонной структуры этих соединений показал, что вершина валентной зоны формируется за счет волновых функций Se : 4p и Tl : 6s, в то время как дно зоны проводимости состоит из Tl : 6p-, Ga : 4s-и Se : 4s-состояний, которые показывают слабое отделение непрямой зоны [9,10]. Максимум валентной зоны лежит в Ŵ-точке зоны Бриллюэна, в то время как положение минимума зоны непрямых состояний, спорно.…”

“…Минимум зоны непрямых состояний был найден теоретически в различных направлениях (Ŵ-Y) или (L−Z) линий в зависимости от расчетных приближений. Согласно [9,10], прямые и непрямые зоны разделены энергетически всего на 90 meV (Ŵ-Y); согласно работе [10], это энергетическое различие составляет 100 meV (Ŵ-Y); в [11] -50 meV (Ŵ-Y); согласно [12], 10 meV (L−Z). Авторы [9] в расчетах учли спин-орбитальное взаимодействие и в направлениях (Ŵ-Y) и (L−Z) было установлено, что минимумы непрямых состояний энергетически перекрываются.…”