基于第一原则计算的蒙特卡洛方法预测的Al_1/2Ga_1/2N的元稳定原子排序配置

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 计算材料科学科学 计算材料科学
• 半导体物理 半导体物理

背景情况:

• 最近的实验证据强调了Al_/12Ga_1-N (n= 2-10) 的转移稳定性,其中具有1-2个单层在平面内配置.
• 对这些超稳定结构的理论解释需要大型计算单元,这在以往的研究中是一个局部潜力深度 (Δσ) 在有序Al_1/2Ga_1/2N模型中估计的局部潜力深度的限制.

研究的目的:

• 理论上解释了超稳定的AlGaN结构的存在.
• 为了克服以前研究中小计算单元的局限性.
• 使用大型计算单元格准确估计局部潜在深度 (Δσ).

主要方法:

• 基于AlGaN合金中附近的Al原子 (δE) (Al-Al) 之间的相互作用能量的大型计算单元的评估.
• 使用第一原则计算 (FPC) 估计δE_Al-Al值,使用 (5a₁× 5a2× 5c) 单元格.
• 使用各种大型计算单元模型与蒙特卡洛方法相结合,对可能的有序配置的调查.
• 通过FPC估计 Δσ 值,并与现有配置进行比较.

主要成果:

• 来自 (4a₁× 2a₂× 1c) 计算单元 (C₄₂) 的有序配置产生了最小的 Δσ,即 -9.3 meV/cation.
• 这种配置在c(0001) 平面上表现出一个内平面排列,在m11-00平面上有特定的 (-Al-Al-Ga-Ga-) 和 (-Al-Ga-) 序列排列.
• 数字计算表明与实验观察到的形态学一致.

结论:

• 该研究成功评估了大型计算细胞,以解释AlGaN合金的转移稳定性.
• 已识别的C42配置为观察到的平面内超稳定结构提供了理论基础.
• 这些发现在AlGaN形态学中的计算预测和实验观测之间建立了强烈的相关性.