面向高性能光电子材料的三元硫族化合物的加速筛选
材料科学
2023-05-05 v1
摘要
硫族化合物指含硫族阴离子（chalcogen anions）的化合物，在光电子学、热电材料、透明电极和薄膜晶体管等多个应用领域引起了相当的关注。与氧化物对应物相比，硫族化合物由于金属-X 共价化学键之间更大的轨道重叠以及由 p 轨道衍生出的更高能价带，表现出更高的迁移率和 p 型可掺杂性。尽管硫族化合物具有潜力，但成功合成的化合物数量相对于氧化物仍然较低，这表明存在大量未被探索的、具有迷人物理特性的硫族化合物。在本研究中，我们利用 34 种晶体结构原型，对三元硫族化合物实施了结合第一性原理计算的系统性高通量筛选过程。通过利用周期表中元素在不同原子位点的离子取代方法，我们生成了包含超过 400,000 种化合物的计算材料数据库。候选物的热力学稳定性使用开放量子材料数据库（Open Quantum Materials Database）中包含的硫族化合物进行了验证。此外，我们基于晶体图卷积神经网络训练了一个模型来预测新材料的热力学稳定性。进而，我们使用精确杂化泛函对稳定候选物的电子结构进行了理论评估。还研究了一系列深入特征，包括载流子有效质量、电子构型和光伏转换效率。我们的工作为进一步实验研究此类作为有前景候选物的硫族化合物的合成与表征提供了有用指导，并描绘了三元硫族化合物的稳定性与光电子性能。
引用
@article{arxiv.2305.02634,
title = {Accelerated Screening of Ternary Chalcogenides for High-Performance Optoelectronic Materials},
author = {Chen Shen and Tianshu Li and Yixuan Zhang and Teng Long and Nuno Miguel Fortunato and Fei Liang and Mian Dai and Jiahong Shen and Chris Wolverton and Hongbin Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.02634},
year = {2023}
}