بررسی اثرات همبستگی الکترونی در نانونوارهای دسته‌مبلی سیلیسینی

در این پژوهش، در ابتدا با استفاده از محاسبات اصول اولیه و در چارچوب نظریه تابعی چگالی، ساختار الکترونی نانونوارهای دسته مبلی سیلیسینی به ازای پهناهای مختلف، مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصل از ساختار نواری نانونوارهای دسته مبلی، وجود یک گاف نواری مستقیم را نشان می دهد، که با افزایش پهنای نانونوار به صورت نوسانی کاهش می یابد. در توصیف دلایل اصلی موثر در نظم الکتریکی و مغناطیسی مواد و همچنین در شدت اثرات همبستگی الکترونی، برهم کنش کولنی موثر میان الکترون های موضعی، نقش اساسی را ایفا می کند. بدین منظور در ادامه پوشش دهی برهم کنش کولنی را با استفاده از محاسبات اصول اولیه و تقریب فاز تصادفی مقید (crpa) در نانونوارهای دسته مبلی سیلیسینی بررسی نموده و مقادیر کمیت های برهم کنش کولنی موثر (u هابارد) را برای آنها مورد محاسبه قرار می دهیم. مقادیر این کمیت ها برای نانونوارهای دسته مبلی سیلیسینی، قابل توجه بوده و بیشتر از سیلیسین اولیه است، که دلالت بر شدت اثرات همبستگی الکترونی در آنها دارد. با توجه به شدت اثرات محدودیت کوانتومی متفاوت در این دسته از نانونوارها، مقادیر کمیت های برهم کنش کولنی موثر درون جایگاهی، مشابه نتایج حاصل از ساختار نواری آنها بوده و با افزایش پهنای نانونوار به طور نوسانی کاهش می یابد. از طرفی به ازای اتم های موجود در لبه های نانونوار، کمیت های برهم کنش کولنی موثر درون جایگاهی، مقادیر بیشتری را نسبت به اتم های درونی داشته، که نشان دهنده پوشش دهی کمتر برهم کنش کولنی میان الکترون های موضعی، در لبه های نانونوار است. در پایان نتایج حاصل از بررسی کمیت های برهم کنش کولنی موثر برون جایگاهی، نشان می دهند که برهم کنش کولنی در فواصل کوتاه، به طور ضعیف پوشش داده شده و در فواصل دورتر در حدود 12 آنگستروم پوشش داده نمی شود، که با محاسبات اصول اولیه صورت گرفته در مورد دستگاه هایی با ابعاد پایین، مطابقت دارد. این پوشش دهی کم به طور خاص در فواصل دورتر، می تواند وجود تصحیحات شبه ذره ای قابل توجه در تقریب gw و انرژی پیوندی اکسیتونی بزرگ را در نانونوارهای دسته مبلی سیلیسینی توضیح دهد.

Investigation of electron correlation effects in armchair silicene nanoribbons

In this study, the electronic structure of armchair silicene nanoribbons (ASiNRs) is investigated for various widths using firstprinciple calculations and the framework of the density functional theory. Electronic structure of ASiNRs shows a direct band gap which is decreased with increasing the nanoribbon's width, showing an oscillatory behavior. The effective Coulomb interaction between localized electrons plays an important role in describing the reason underlying the electronic and magnetic ordering of the material, as well as the intensity of the correlation effects. Thus, we further investigate the screening of the Coulomb interaction in ASiNRs by employing ab initio calculations in conjunction with the constrained randomphase approximation (cRPA) and determine the values of effective onsite Coulomb interaction (Hubbard U) for them. The values of Hubbard U parameters for ASiNRs are significant and more than the ones in pristine silicene, indicating a strong correlation effect in these compounds. According to the intensity of different quantum confinement effects in these nanoribbons, the values of onsite Coulomb interaction parameters, similar to the previous results, turn out to be small, which vary as a function of increasing the ribbon widths. Moreover, in the edge of nanoribbon, the effective Coulomb interaction patameters are greater than the inner parts, showing the lower screening of the Coulomb interaction between the localized electrons in the edge of nanoribbon. Finally, the results of the study of the offsite Coulomb interaction show that the Coulomb interaction is weakly screened at short distances, while at large distances if about 12 Aring;, it is unscreened, which is in a good agreement with the recent studies on the low dimensional systems. This inefficient screening at large distances can explain the existence of a remarkable quasiparticles correction in GW approximation and exciton binding energy in ASiNRs.