مطالعه اثر فشار بالا بر ساختار الکترونی ترکیبات کووالانسی

بررسی اثرات فشار بالا بر ساختار الکترونی ترکیبات کووالانسی یکی از حوزه های مهم در فیزیک حالت جامد و شیمی فیزیک محاسباتی است که ارتباط مستقیم با پدیده های نوظهور در علم مواد، الکترونیک کوانتومی و فازهای کریستالی جدید دارد. تحت اعمال فشار بالا، فاصله بین اتم ها کاهش یافته و برهم کنش های اوربیتال های اتمی و مولکولی به طور بنیادین تغییر می کنند؛ این تغییرات می توانند موجب بازآرایی نوارهای انرژی، تغییر گاف نواری، جابجایی باندهای رسانش و ظرفیت، و حتی بروز گذارهای فلزی–عایقی شوند. علاوه بر این، فشار بالا می تواند منجر به تثبیت فازهای پرچگالی با پیوندهای کووالانسی غیرمعمول مانند پیوندهای چندمرکزی و شبکه های سه بعدی فوق سخت شود.از منظر نظری، تحلیل رفتار الکترونی در شرایط فشار بالا نیازمند در نظر گرفتن تغییر حجم سلول واحد، انحنای بازتاب های باندی و برهم کنش های بین اوربیتالی است که اغلب به کمک مدل های مکانیک کوانتومی مبتنی بر نظریه تابعی چگالی (DFT) و اصلاحات آن (مانند HSE۰۶ و GW) مطالعه می شود. این رویکردها، با لحاظ اثرات فشار از طریق تغییر پارامترهای شبکه و مدهای ارتعاشی، قادر به پیش بینی تحولات ساختاری و الکترونی در مقیاس های اتمی هستند. از سوی دیگر، داده های تجربی حاصل از روش های پراش پرتو ایکس در سلول های سندان الماسی، طیف سنجی رامان و طیف سنجی فوتوالکترونی، نقش مکمل حیاتی در اعتبارسنجی نتایج محاسباتی ایفا می کنند.مطالعات اخیر نشان داده اند که در ترکیبات کووالانسی مانند الماس، بور نیترید مکعبی (c-BN) و فسفر سیاه، فشار بالا می تواند خواص مکانیکی و الکترونی را به صورت قابل توجهی تغییر دهد، که این امر چشم اندازهای جدیدی برای طراحی مواد فوق سخت، نیمه رساناهای قابل تنظیم و عناصر فعال در ادوات فوتونیک و اپتوالکترونیک فراهم می آورد. به عنوان مثال، کاهش گاف نواری تحت فشار به عنوان ابزاری کارآمد برای مهندسی باند و افزایش جذب نوری در طول موج های خاص مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، ظهور فازهای شبه فلزی و تغییر در مسیرهای هدایت الکترون در فشارهای فراتر از چند ده گیگاپاسکال، پتانسیل توسعه مواد با رسانایی بالا و پایداری حرارتی ممتاز را فراهم می سازد.در مجموع، پژوهش در زمینه اثر فشار بالا بر ساختار الکترونی ترکیبات کووالانسی، علاوه بر ارتقای درک بنیادی از پیوندهای شیمیایی و رفتار الکترونی در شرایط افراطی، نقش کلیدی در مسیر توسعه فناوری های نوین و مواد پیشرفته ایفا می کند. هدف این مطالعه، تلفیق رویکردهای محاسباتی و تجربی برای ارائه تصویری جامع از دینامیک الکترونی تحت فشار و تبیین قوانین حاکم بر گذارهای ساختاری–الکترونی است که می توانند موجب کشف مواد با کارکردهای نوین شوند.

کلیدواژه ها:

فشار بالا ، ساختار الکترونی ، ترکیبات کووالانسی ، تغییر گاف نواری ، گذار فلزی–عایقی ، نظریه تابعی چگالی (DFT) ، سلول سندان الماسی ، پراش پرتو ایکس ، طیف سنجی رامان ، مهندسی باند ، مواد فوق سخت