Вісник Львівського університету. Серія фізична 58 (2021) с. 16-29
DOI: https://doi.org/10.30970/vph.58.2021.16

Структурні, електронні та оптичні властивості мультифероїків групи (CnH2n+1NH3)2CuCl4

О. Бовгира, М. Коваленко, В. Капустяник, О. Козаченко

В роботі проведено дослідження, в межах теорії функціоналу густини, структурних, електронних та оптичних властивостей сполук ряду (CnH2n+1NH3)2BCl4, у яких \textit {n} = 0, 1, 2,…, а також сполуки CuCl4(C6H5CH2CH2NH3)2, використовуючи різні наближення для обмінно-кореляційного потенціалу. Отримані теоретичні рівноважні параметри ґратки та іонні позиції в елементарній комірці задовільно корелюють з експериментальними даними. Дослідження електронного спектру показало, що вершина валентної зони побудована октаедричними комплексами CuCl4, тоді як дно зони провідності формують органічні компоненти кристалу, зокрема \textit{s-p}-стани алкільних груп. Підтверджено, що максимуми в спектрах оптичних функцій в області до 4 еВ є смугами перенесення заряду, пов’язаними з переходами \textit{p}-Cl(eu)\rightarrow \textit{d}-Cu (\textit{d}x^2-y^2). Малоінтесивні широкі смуги у спектрі поглинання в області 700–900 нм пов’язуються з \textit{d-d} переходами в іоні Cu2+.

Текст статті (pdf)

Список посилань
  1. Lim A. R. Study of phase transition mechanisms in [N(CH3)4]2ZnCl4 by static NMR and MAS NMR / Ae Ran Lim, Kye-Young Lim // Solid State Sci. –- 2014. –- Vol.31. –- P. 70. doi:10.1016/j.solidstatesciences.2014.03.004.
  2. Mitzi D. B. Design, Structure, and Optical Properties of Organic-Inorganic Perovskites Containing an Oligothiophene Chromophore / D. B. Mitzi, K. Chondroudis, C. R. Kagan // Prog. Inorg. Chem. –- 1999. –- Vol. 38. –- P. 6246–6256. doi:10.1021/ic991048k.
  3. Rao C. N. R. Hybrid inorganic–organic materials: a new family in condensed matter physics / C. N. R. Rao, A. K. Cheetham and A. Thirumurugan // J. Phys.: Condens. Matter –- 2008. -- Vol. 20. –- P. 159801. doi:10.1088/0953-8984/20/8/083202.
  4. Zolfaghari P. The electronic structure of organic-inorganic hybrid compounds / P. Zolfaghari, G. A. de Wijs, R. A. de Groot // J. Phys.: Condens. Matter -- 2013. -- Vol. 25. -- P.295502. doi:0.1088/0953-8984/25/29/295502.
  5. Kurlyak V. Y. Band Structure and Birefringence of RbKSO4 Crystals / V. Y. Kurlyak, O. V. Bovgyra, V. Y. Stadnyk // J. Appl.Spectroscop. –- 2015. –- Vol. 82. –- P. 755. doi:10.1007/s10812-015-0176-y.
  6. Куньо І.М. Зонно-енергетична структура (N(CH3)4)2ZnCl4 / І.М. Куньо, А.І. Кашуба, І.В. Карпа, В.Б. Стахура, С.А. Свелеба, І.М. Катеринчук, І.С. Голинський, Т.І. Возняк, М.В. Коваленко // Журнал фізичних досліджень. -- 2018. -- Вип. 22, № 3. –- С. 3301. doi:10.30970/jps.22.3301.
  7. Ding J. Electronic and magnetic properties of an organic multiferroic: (C2H5NH3)2CuCl4 / J. Ding, H. Li, L. Wen, X. Kang, H. Li, J. Zhang // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. –- 2013. –- Vol. 346. –- P. 91. doi:10.1016/j.jmmm.2013.07.018.
  8. Giannozzi P. Advanced capabilities for materials modelling with Quantum ESPRESSO / P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme, O. Bunau, M. B. Nardelli, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, and M.Cococcioni // J. Phys. Condens. Matter. -- 2017. -- Vol. 29. -- P. 465901. doi:10.1088/1361-648X/aa8f79.
  9. Vanderbilt D. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism / D. Vanderbilt // Phys. Rev. B -- 1990. -- Vol. 41. -- P. 7892. doi:10.1103/PhysRevB.41.7892.
  10. Broyden C.G. The Convergence of a Class of Double-rank Minimization Algorithms: 2. The New Algorithm / C.G. Broyden // IMA Journal of Applied Mathematics -- 1970. -- Vol. 6, №3. -- P. 222. doi:10.1093/imamat/6.3.222.
  11. Fletcher R. A new approach to variable metric algorithms /R. Fletcher // The Computer Journal -- 1970. -- Vol. 24(3). -- P.23. doi:10.1093/comjnl/13.3.317.
  12. Goldfarb D. A family of variable-metric methods derived by variational means / D. Goldfarb // Mathematics of Computation -- 1970. -- Vol 24. -- P.23. doi:10.1090/S0025-5718-1970. -0258249-6).
  13. Shanno D.F. Conditioning of quasi-Newton methods for function minimization / D.F. Shanno // Mathematics of Computation -- 1970. -- Vol. 24. -- P. 647. doi:10.1090/S0025-5718-1970-0274029-X.
  14. Willett R. D. Crystal Structure of (NH4)2CuCl4 / R. D. Willett // J. Chem. Phys. -- 1964. -- Vol. 41. –- P. 2243. doi:10.1063/1.1726253.
  15. Pabst I. Structure of monomethylammonium tetrachlorocuprate at 297 and 100 K / I. Pabst, H. Fuess, J. W. Bats // Acta Crystallogr., Sect. C: Crys. Struct. Commun. -- 1987. -- Vol. 43. -- P. 413. doi:10.1107/S0108270187095568.
  16. Steadman J. P. The Crystal Structure of (C2H5NH3)2CuCl4 / J. P. Steadman and R. D. Willett // Inorg. Chim. Acta -- 1970. -- Vol. 4. -- P. 361. doi:10.1016/S0020-1693(00)93307-3.
  17. Polyakov A. O. Coexisting Ferromagnetic and Ferroelectric Order in a CuCl4-based Organic–Inorganic Hybrid / A. O. Polyakov, A. H. Arkenbout, J. Baas, G. R. Blake, A. Meetsma, A. Caretta, P. H. M. van Loosdrecht, T. M. Palstra // Chem. Mater. -- 2012. -- Vol. 24, № 1. -- P. 133–139. doi:10.1021/cm2023696
  18. Cortecchia D. Lead-free MA2CuClxBr4–x hybrid perovskites / D. Cortecchia, H. A. Dewi, J. Yin A. Bruno, S. Chen, T Baikie, P. P. Boix, M. Gr\"atzel, S. Mhaisalkar, C. Soci, N. Mathews // Inorg. Chem. -- 2016. -- Vol. 55. -- P. 1044–1052. doi:10.1021/acs.inorgchem.5b01896
  19. Valiente R. Comment on “Copper-Substituted Lead Perovskite Materials Constructed with Different Halides for Working (CH3NH3)2CuX4-Based Perovskite Solar Cells from Experimental and Theoretical View”. / R. Valiente, F. Rodr\'iguez.// ACS Applied Materials \& Interfaces. -- 2020. -- Vol. 12. -- P. 37807-37810. doi:10.1021/acsami.0c11480