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Hybrid-Functional and Quasi-Particle Calculations of Band Structures of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn

Ryu, Byungki und Park, Sungjin und Choi, Eun-Ae und de Boor, Johannes und Ziolkowski, Pawel und Chung, Jaywan und Park, Su Dong (2019) Hybrid-Functional and Quasi-Particle Calculations of Band Structures of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn. Journal of the Korean Physical Society. Springer. doi: 10.3938/jkps.75.144. ISSN 0374-4884.

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Kurzfassung

We perform hybrid functional and quasi-particle band structure calculations with spin-orbit interaction to investigate the band structures of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn. For all Mg2X materials, where X = Si, Ge, and Sn, the characteristics of band edge states, i.e., band and valley degeneracies, and orbital characters, are found to be conserved, independent of the computational schemes such as density functional generalized gradient approximation, hybrid functionals, or quasi-particle calculations. However, the magnitude of the calculated band gap varies significantly with the computational schemes. Within density-functional calculations, the one-particle band gaps of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn are 0.191, 0.090, and −0.346 eV, respectively, and thus severely underestimated compared to the experimental gaps, due to the band gap error in the density functional theory and the significant relativistic effect on the low-energy band structures. By employing hybrid-functional calculations with a 35% fraction of the exact Hartree-Fock exchange energy (HSE-35%), we overcame the negative band gap issue in Mg2Sn. Finally, in quasi-particle calculations on top of the HSE-35% Hamiltonians, we obtained band gaps of 0.835, 0.759, and 0.244 eV for Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn, respectively, consistent with the experimental band gaps of 0.77, 0.74, and 0.36 eV, respectively.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/130591/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Hybrid-Functional and Quasi-Particle Calculations of Band Structures of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ryu, ByungkiEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, SungjinEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Choi, Eun-AeComputational Materials Department, Materials Processing Innovation Research Division, Korea Institute of Materials Science (KIMS), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Boor, JohannesGerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167NICHT SPEZIFIZIERT
Ziolkowski, PawelGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chung, JaywanEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, Su DongEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:22 Juli 2019
Erschienen in:Journal of the Korean Physical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.3938/jkps.75.144
Verlag:Springer
ISSN:0374-4884
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoelectric; band gap; GW calculation; Mg2Si; Band convergence
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Systemtechnologien (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Yasseri, Mohammad
Hinterlegt am:15 Nov 2019 15:19
Letzte Änderung:15 Nov 2019 15:19

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