Theoretical Prediction of Semiconductor Behavior inNew Quaternary Compounds

Abstract

This study presents a comprehensive investigation of the properties of CuMg2InS4 chalcogenide using density functional theory (DFT) simulation. The full potential linearized augmented plane wave plus local orbitals method with generalized gradient approximation has been employed to optimize its stannite, kesterite, wurtzite-stannite (WS), and mono- clinic phases. The calculations show that CuMg2InS4 is a direct band gap semiconductor, with a band gap of 1.64 eV in its structural ground phase, which is the WS phase. The study further analyzes the structural, mechanical, electronic, optical, and thermoelectric properties of this phase. By utilizing the modifed Becke–Johnson potential (TB-mBJ), CuMg2InS4 is a thermoelectric material with low thermal conductivity and high power factor. Additionally, the DFT-D3 method shows that the material is dynamically stable and exhibits a piezoelectric behavior. These results provide crucial insights into the characteristics Of CuMg2InS4, which have significant practical applications in various fields, such as energy conversion and electronic devices. Résumé Cette étude présente une investigation des propriétés du composé chalcogénide CuMg2InS4 en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). La méthode des ondes planes augmentées linéarisées à potentiel complet avec orbitales locales, ainsi qu e l'approximation du gradient généralisé, ont été employées pour optimiser ses phases stannite, kesterite, wurtzite-stannite (WS) et monoclinique. Les calculs démontrent que CuMg2InS4 est un semi-conducteur, avec une bande interdite de 1,64 eV dans sa phase structurale fondamentale, qui est la phase WS. L'étude analyse en outre les propriétés structurales, mécaniques, électroniques, optiques et thermoélectriques de cette phase. En utilisant le potentiel modifié de Becke-Johnson (TB-mBJ), CuMg2InS4 se révèle être un matériau thermoélectrique avec une faible conductivité thermique et un facteur de puissance élevé. De plus, la méthode DFT-D3 montre que le matériau est dynamiquement stable et présente un comportement piézoélectrique. Ces résultats offrent des connaissances cruciales sur les caractéristiques de CuMg2InS4, qui ont des applications pratiques significatives dans divers domaines tels que la conversion d'énergie et les dispositifs électroniques.