Ab initio расчеты электронных свойств, частотная дисперсия диэлектрических коэффициентов и край оптического поглощения монокристаллов TlInS$_2$ $\langle$Sn$\rangle$

Представлены расчеты зонной структуры и плотности состояний для суперъячейки моноклинной сингонии TlInS$_2$ и TlInS$_2$ $\langle$Sn$\rangle$ в рамках теории функционала плотности (DFT). Для корректного описания ширины запрещенной зоны $(E_g)$ в DFT-расчетах учитывали кулоновское отталкивание, т. е. параметр Хаббарда $(U)$. Показано, что максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости TlInS$_2$ расположены в центре (точка ) зоны Бриллюэна, что указывает к прямой энергии запрещенной зоны. Обсуждаются особенности распределения плотности электронных состояний в TlInS$_2$ и TlInS$_2$ $\langle$Sn$\rangle$. Синтезированы и затем выращены методом Бриджмена–Стокбаргера монокристаллы TlInS$_2$, легированного 0.1 mol.% оловом (TlInS$_2$ $\langle$0.1 mol.% Sn$\rangle$).
Изучена частотная дисперсия диэлектрических коэффициентов и проводимости монокристалла TlInS$_2$ и TlInS$_2$ $\langle$0.1 mol.% Sn$\rangle$ в области частот $f$ = 5 $\cdot$ 10$^4$–3.5 $\cdot$ 10$^7$ Hz. Показано, что в TlInS$_2$ $\langle$Sn$\rangle$ имеют место релаксационные потери. Установлен прыжковый механизм переноса заряда на переменном токе в TlInS$_2$ $\langle$Sn$\rangle$. В TlInS$_2$ $\langle$Sn$\rangle$ оценены параметры локализованных состояний, такие как плотность состояний вблизи уровня Ферми и их энергетический разброс, среднее время и расстояние прыжков, а также концентрация глубоких ловушек.
Полученные из спектров оптического поглощения значения $E_g$ для прямых оптических переходов в кристаллах TlInS$_2$ и TlInS$_2$ $\langle$0.1 mol.% Sn$\rangle$ показывают, что при введении 0.1 mol.% Sn, замещающего атомы индия, величина $E_g$ уменьшается, например, при 150 K от 2.539 (TlInS$_2$) до 2.486 eV (TlInS$_2$ $\langle$0.1 mol.% Sn$\rangle$). Из оптических измерений рассчитан средний температурный коэффициент ширины запрещенной зоны $\partial E_g/\partial T=-7\cdot10^{-4}$ eV/K для TlInS$_2$ $\langle$Sn$\rangle$. Уменьшение ширины запрещенной зоны у монокристалла TlInS$_2$ $\langle$Sn$\rangle$ по отношению к TlInS$_2$ составляет 16 meV при 300 K и 53 meV при 150 K.