Ukrainian Journal of Physical Optics


2025 Volume 26, Issue 4


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

AB INITIO CALCULATIONS OF THE ELECTRONIC STRUCTURE AND OPTICAL PROPERTIES OF Cu4SeTe CRYSTALS

K.K. Azizova, Z.A. Jahangirli, S.S. Ragimov, T.K. Nurubeyli, L.Ch. Suleymanova, N.V. Kerimli, G.N. Mammadova, L.V. Mammadov and S.O. Gulieva

Author Information
1,2,3K.K. Azizova SCOPUS logo, 1,4,5Z.A. Jahangirli ORCID logo SCOPUS logo, 1,4S.S. Ragimov SCOPUS logo, 1,6,7,*T.K. Nurubeyli ORCID logo SCOPUS logo, 8L.Ch. Suleymanova SCOPUS logo, 9N.V. Kerimli SCOPUS logo, 10G.N. Mammadova ORCID logo SCOPUS logo, 11L.V. Mammadov, 12S.O. Gulieva
1Institute of Physics, Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan, Baku, AZ1073, Azerbaijan
2Azerbaijan University, 71 Jeyhun Hajibeyli Str., Baku AZ1007, Azerbaijan
3Western Caspian University, 31 Istiglaliyyat Str., Baku AZ 1001, Azerbaijan
4Baku State University, 23 Academic Zahid Khalilov Str., AZ 1148. Baku, AZ-1073/1, Azerbaijan
5CMD-AC UNEC Research Center, Azerbaijan State University of Economics (UNEC), 6 Istiqlaliyyat Str., Baku, AZ-1001 Azerbaijan
6Azerbaijan State Oil and Industry University, 20 Azadliq Avenue, Baku, AZ-1010, Azerbaijan
7Khazar University, 41 Mahsati Str., Baku, AZ 1096, Azerbaijan.
8Mingachevir State University, 22 Dilara Aliyeva Str., Mingachevir, Az 4500, Azerbaijan
9Azerbaijan Medical University, 167 Samad Vurgun Str., Baku Az1022, Azerbaijan
10Nakhchivan State University, Nakhchivan, University Campus, AZ 7012, Nakhchivan, Azerbaijan
11Baku Engineering University, Khirdalan city, 120 Hasan Aliyev Str., AZ0101, Absheron, Azerbaijan
12Academy of Public Administration under the President of the Republic of Azerbaijan,74 Lermontov Str., Baku, AZ1001, Azerbaijan
* Correspondent author: samire.quliyeva.1505@gmail.com

ABSTRACT

In this study, we present a comprehensive theoretical exploration of the electronic structure and optical properties of Cu4SeTe crystals using first-principles density functional theory (DFT) calculations. The analysis covers band structure, total and partial density of states (DOS and PDOS), complex dielectric function, refractive index, extinction coefficient, reflectivity, absorption coefficient, and optical conductivity. The results show that Cu4SeTe behaves as a semimetal with hybridized Cu 3d and Se/Te p states dominating the valence region, while Cu 4s and Se/Te p states form the conduction bands. The optical spectra calculated reveal strong absorption in the visible range (2–4 eV), with absorption coefficients reaching approximately 105 cm-1, along with notable interband transitions and optical anisotropy. These findings suggest that Cu4SeTe is a promising multifunctional material with potential applications in thin-film photovoltaics, photodetectors, and thermoelectric devices.

Keywords: Cu4SeTe, ab initio calculations, optical properties, density of states, dielectric function, absorption coefficient, reflectivity

UDC: 538.9; 535; 621.315.592

    1. Sakuma, T., Sugiyama, K., Matsubara, E., & Waseda, Y. (1989). Determination of the Crystal Structure of Superionic Phase of Cu2Se. Materials Transactions, JIM, 30(5), 365-369.
      doi:10.2320/matertrans1989.30.365
    2. Heyding, R. D., & Murray, R. M. (1976). The crystal structures of Cu1.8Se, Cu3Se2, α-and γCuSe, CuSe2, and CuSe2 II. Canadian Journal of Chemistry, 54(6), 841-848.
      doi:10.1139/v76-122
    3. Yamamoto, K., & Kashida, S. (1991). X-ray study of the average structures of Cu2Se and Cu1.8S in the room temperature and the high temperature phases. Journal of Solid State Chemistry, 93(1), 202-211.
      doi:10.1016/0022-4596(91)90289-T
    4. Yu, B., Liu, W., Chen, S., Wang, H., Wang, H., Chen, G., & Ren, Z. (2012). Thermoelectric properties of copper selenide with ordered selenium layer and disordered copper layer. Nano Energy, 1(3), 472-478.
      doi:10.1016/j.nanoen.2012.02.010
    5. Liu, H., Shi, X., Xu, F., Zhang, L., Zhang, W., Chen, L., Li, Q., Uher, C., Day, T., & Snyder, G. J. (2012). Copper ion liquid-like thermoelectrics. Nature Materials, 11(5), 422-425.
      doi:10.1038/nmat3273
    6. Morimoto, N., & Koto, K. (1966). Crystal structure of umangite, Cu3Se2. Science, 152(3720), 345-345.
      doi:10.1126/science.152.3720.345.a
    7. Bychkov, E. (2009). Superionic and ion-conducting chalcogenide glasses: Transport regimes and structural features. Solid State Ionics, 180(6-8), 510-516.
      doi:10.1016/j.ssi.2008.09.013
    8. Gabor, A. M., Tuttle, J. R., Albin, D. S., Contreras, M. A., Noufi, R., & Hermann, A. M. (1994). High‐efficiency CuInxGa1-xSe2 solar cells made from (Inx, Ga1-x)2Se3 precursor films. Applied Physics Letters, 65(2), 198-200.
      doi:10.1063/1.112670
    9. Shen, J., Liu, H., & Li, Y. (2024). A way to identify whether a DFT gap is from right reasons or error cancellations: The case of copper chalcogenides. The Journal of Chemical Physics, 160(24).
      doi:10.1063/5.0196706
    10. Guerroum, J., Al-Hattab, M., Moudou, L., Rahmani, K., Lachtioui, Y., & Bajjou, O. (2025). Structural, electronic, and optical studies of chalcogenides stannite Cu2CdSnX4 (X= S, Se, and Te): insights from the DFT study. Optoelectronics Letters, 21(2), 69-76.
      doi:10.1007/s11801-025-4015-y
    11. Zhou, Z., Huang, Y., Wei, B., Yang, Y., Yu, D., Zheng, Y., Zou, M., Lan, J-L., He, J., Nan C-W. & Lin, Y. H. (2023). Compositing effects for high thermoelectric performance of Cu2Se-based materials. Nature Communications, 14(1), 2410.
      doi:10.1038/s41467-023-38054-y
    12. Amiraslanov, I. R., Azizova, K. K., & Aliyeva, Y. R. (2017). Crystal structure of Ga4SeTe. Crystallography Reports, 62(2), 215-218.
      doi:10.1134/S1063774517020043
    13. Blaha, P., Schwarz, K., Madsen, G. K. H., Kvasnicka, D., & Luitz, J. (2008). WIEN2k: An augmented plane wave + local orbitals program for calculating crystal properties. Vienna University of Technology.

    У цій роботі ми представляємо комплексне теоретичне дослідження електронної структури та оптичних властивостей кристалів Cu4SeTe з використанням розрахунків за допомогою теорії функціоналу густини (DFT), з перших принципів. Аналіз охоплює зонну структуру, повну та часткову густину станів (DOS та PDOS), комплексну діелектричну функцію, показник заломлення, коефіцієнт екстинкції, відбивну здатність, коефіцієнт поглинання та оптичну провідність. Результати показують, що Cu4SeTe поводиться як напівметал з гібридизованими станами Cu 3d та Se/Te p, що домінують у валентній області, тоді як стани Cu 4s та Se/Te p формують зони провідності. Розраховані оптичні спектри демонструють сильне поглинання у видимому діапазоні (2–4 еВ), з коефіцієнтами поглинання, що досягають приблизно 105 см-1, разом із помітними міжзонними переходами та суттєвою оптичною анізотропією. Ці результати свідчать про те, що Cu4SeTe є перспективним багатофункціональним матеріалом з потенційним застосуванням у тонкоплівкових фотоелектричних елементах, фотодетекторах та термоелектричних пристроях.

    Ключові слова: Cu4SeTe, ab initio розрахунки, оптичні властивості, густина станів, діелектрична функція, коефіцієнт поглинання, відбивна здатність

Free download this article 

This work is licensed under CC BY 4.0