ilmsarchashmalari@umail.uz +998 91-915-45-55 220100, Urganch shahri, Hamid Olimjon koʻchasi, 14-uy.
O'zbekcha Русский English
Arxiv / №2 · 2026 / Maqola
01.00.00 – FIZIKA-MATEMATIKA FANLARI

ZICHLIK FUNKSIONAL NAZARIYASI ASOSIDA Zn KIRITILGAN α -SiO₂ NING ELEKTRON XOSSASIDAGI O‘ZGARISHLARNI HISOBLASH

Annotatsiya
O'ZBEKCHA

Ushbu tadqiqotda zichlik funksional nazariyasi (DFT) asosida rux (Zn) kiritilgan α-SiO₂ materialining elektron holatlar zichligi va taqiqlangan zona kengligidagi o‘zgarishlarni hisoblash uchun Heyd–Scuseria–Ernzerhof 2006 (HSE06) gibrid funksionali bilan Vienna Ab-initio Simulation Pac-kage (VASP 6.5) dasturidan foydalanildi. Doplanmagan kremniy dioksid uchun hisoblashlar natijasida taqiqlangan zona kengligi 9.06 eVga teng ekani aniqlandi. Zn atomi kremniy atomlariga nisbatan 8.33 % konsentratsiyada kiritilganda, taqiqlangan zona kengligi 0.839 eVgacha kamaydi. Elektron holatlar zichli-gi tahliliga ko‘ra, kislorodning p-valent orbitallari bilan ruxning d-valent orbitallari orasidagi gibridlanish ushbu zona torayishiga sabab bo‘lgan. Natijada valent zona siljishi va taqiqlangan zonada yangi elektron holatlarning hosil bo‘lishi kuzatildi. Olingan natijalarga ko‘ra, Zn ning α-SiO₂ tarkibiga kiritilishi materi-alning infraqizil spektrda yorug‘likka sezgirligini oshiradi hamda taqiqlangan zona energiyasi nuqtai na-zaridan yarimo‘tkazgichga xos xususiyatlarni yuzaga keltiradi. Ushbu natijalar Zn bilan doplangan SiO₂ ning yarimo‘tkazgich materiallar, sensorlar, fotokatalizatorlar va optoelektron qurilmalarda qo‘llanilishi uchun nazariy asos bo‘lib xizmat qiladi.

Kalit so'zlar: VASP, HSE06, kremniy dioksid, PBE, TDOS, PDOS
РУССКИЙ

В данной работе с использованием теории функционала плотности (DFT) были выполнены расчёты изменения электронной плотности состояний и ширины запрещённой зоны α-SiO₂ при легировании цинком (Zn) с применением пакета Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP 6.5) и гибридного функционала Heyd–Scuseria–Ernzerhof 2006 (HSE06). Для нелегированного диоксида кремния расчёты показали ширину запрещённой зоны 9.06 eV. При добавлении Zn в кон-центрации 8.33 % по отношению к атомам кремния ширина запрещённой зоны уменьшилась до 0.839 eV. Анализ электронной плотности состояний показал, что гибридизация между p-валент-ными орбиталями кислорода и d-валентными орбиталями цинка является причиной сужения запре-щённой зоны. Это приводит к смещению валентной зоны и формированию новых электронных состояний внутри запрещённой зоны. Согласно полученным результатам, внедрение Zn в α-SiO₂ повышает чувствительность материала к свету в инфракрасной области спектра и придаёт ему полупроводниковые свойства с точки зрения ширины запрещённой зоны. Полученные результаты создают теоретическую основу для возможного применения Zn-легированного SiO₂ в полупровод-никовых материалах, сенсорах, фотокатализаторах и оптоэлектронных устройствах.

Ключевые слова: VASP, HSE06, диоксид кремния, PBE, TDOS, PDOS.
ENGLISH

In this study the Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP 6. 5) with the Heyd–Scuseria–Ernzerhof 2006 (HSE06) hybrid functional was used to calculate the variation in the electronic density of states and band gap of α-SiO₂ upon Zn doping using density functional theory (DFT). For undoped silicon dioxide calculations showed a band gap of 9. 06 eV. The band gap dropped to 0. 839 eV when Zn was added at a concentration of 8. 33 percent in relation to silicon atoms. According to an analysis of the electronic density of states the hybridization between the O p-valence orbitals and the Zn d-valence orbitals was responsible for this band gap narrowing. This led to a shift in the valence band and the formation of new electronic states within the forbidden gap. According to the obtained results Zn incorporation into α-SiO₂ increases the materials sensitivity to light in the infrared spectrum and induces semiconductor-like characteristics in terms of band gap energy. The theoretical basis for the possible use of Zn-doped SiO₂ in semiconductor materials sensors photocatalysts and optoelectronic device technologies is provided by these findings.

Keywords: VASP, HSE06, Silicon dioxide, PBE, TDOS, PDOS
Maqola · PDF
PDF yuklab olish Yangi oynada ochish

Foydalanilgan adabiyotlar

  1. Pokorny T., et al. Ni and Zn doping effect on Cu/SiO2 in nonoxidative ethanol dehydrogenation ChemRxiv, 2025.
  2. Munir T., et al. First Principles Study of Structural and Electronic Properties of Ti Doped ZnO Chalco-genide Letters, 2013.
  3. Arshad M., et al. Zn-doped SiO2 nanoparticles preparation and characterization under the effect of various solvents: Antibacterial, antifungal and photocatlytic performance evaluation.Journal of Photochemistry and Photobio-logy, 2018.
  4. S.Zh.Karazhanov, P.Ravindran, H.Fjellvåg, B.G.Svensson. Electronic structure and optical properties of ZnSiO3 and Zn2SiO4. Journal of Applied Physics, 2009.
  5. Blöchl P.E. Projector augmented-wave method. Physical Review B. 1994;50(24):17953-17979.
  6. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple. Physical Review Letters. 1996;77(18). p. 3865–3868.
  7. Grimme S., Antony J., Ehrlich S., Krieg H. A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu. The Journal of Chemical Physics. 2010;132 (15) :154104
  8. Heyd J., Scuseria G.E., Ernzerhof M. Hybrid functionals based on a screened Coulomb potential. The Journal of Chemical Physics. 2003;118(18). 8207–8215.
  9. Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set. Physical Review B. 1996;54(16):111
  10. Keiyu Mizokami, Atsushi Togo and Isao Tanaka. Lattice thermal conductivities of two SiO2 poly-morphs by first-principles calculations and the phonon Boltzmann transport equation. DOI: 10.1103/ PhysRevB. 97. 224306. PHYSICAL REVIEW B 97, 224306 (2018).
← Songa qaytish