Optická absorpce různých fází 2D karbidů přechodných kovů

Jiří KALMÁR

Master's thesis

Optical absorption in various 2D transition metal carbide phases

Abstract:

In this Master's thesis we used many-body methods GW and Bethe-Salpeter equation (BSE) to investigate the optical properties of a growing 2D family of materials' member, MXene Mn2CO2. Geometrical and spin conformations of this MXene were tested using the specific meta-GGA density functional to identify the antiferromagnetic (AFM) ground state. On this ground-state conformation, a careful convergence of properties to GW+BSE technical parameters was conducted to obtain precise results. From the final calculation, the estimated direct and indirect fundamental gaps of Mn2CO2 are 2.4 eV and 2 eV, respectively. The first exciton binding energy amounts to 1 eV. Optical absorption spectra of Mn2CO2 show high absorbance of 5-20% in the visible 1.5-3 eV range. Overall, this study provides valuable insights into the optical properties of 2D MXene Mn2CO2, which can pave the way for its potential applications in various fields.

Abstract:

V této diplomové práci jsme použili mnohočásticové metody GW a Bethe-Salpeterovu rovnici (BSE) ke zkoumání optických vlastností zástupce rostoucí rodiny 2D materiálů, MXenu Mn2CO2. Geometrické a spinové konformery tohoto MXenu byly testovány pomocí specifického meta-GGA funkcionálu hustoty a identifikovali jsme antiferomagnetický (AFM) základní stav. Na tomto konformeru základního stavu byla provedena pečlivá konvergence vlastností k technickým parametrům GW+BSE, aby bylo možné získat přesné výsledky. Z konečného výpočtu byla odhadnuta přímá a nepřímá fundamentální šířka zakázaného pásu Mn2CO2 na 2.4 eV a 2 eV. Vazebná energie prvního excitonu činí 1 eV. Optická absorpční spektra Mn2CO2 vykazují ve viditelné oblasti 1.5-3 eV vysokou absorbanci 5-20%. Celkově tato studie poskytuje cenné poznatky o optických vlastnostech 2D MXenu Mn2CO2, které mohou připravit půdu pro jeho potenciální aplikace v různých oblastech.

Keywords

Teorie funkcionálu hustoty, GW, Bethe-Salpeterova rovnice, 2D materiály, MXeny, magnetické vlastnosti, antiferomagnetismus, optické vlastnosti, optická absorpce

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 4. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 2. 6. 2023
• Supervisor: Mgr. František Karlický, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied Physics / Nanostructure Physics