Estudo teórico das propriedades estruturais e eletrônicas do GaN e do semicondutor magnético Ga1-xMnxN no bulk e na superfície
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Data
2011-09-22
Autores
Gomes, Marcilene Cristina [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Este trabalho é resultado de um estudo teórico sobre o GaN e o Semicondutor Magnético Ga1-xMnxN, tanto para bulk (sólido) como para as superfícies nanoestruturadas mais estáveis, dada sua importância para o desenvolvimento como material spintrônico. Analisamos deste material suas propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas, a partir de cálculos periódicos baseados na teoria do Funcional da Densidade (DFT), como o funcional híbrido B3LYP, e também apresentamos resultados preliminares do estudo das propriedades magnéticas deste material. Realizamos um estudo pormenorizado das estruturas de bandas e da densidade de estados, do Ga1-xMnxN bulk (x~0,02 a 0,18) quanto em superfícies (x~0,0 a 0,17) para os modelos de supercélula de 32 e 96 átomos bulk e modelos de superfícies com 12 e 24 camadas. Os resultados obtidos nos mostram que para concentrações acima de 6% ocorre um acréscimo na distância de ligação Mn-N na direção c, pelo fato do Mn apresentar um raio atômico superior ao Ga e propriedades físicas e químicas distintas. Para os cálculos com superfícies, foi realizada a substituição do Ga por Mn em diferentes posições relativas na superfície, sub-superfície e core, ocorrendo o aumento da energia total conforme os átomos de Mn se movem para os sítios mais internos da superfície e ao considerar a forma de equilíbrio baseada na estabilidade termodinâmica, os valores das energias superficiais das superfícies (1010) e (1120) do GaN wurtzita são as mais estáveis para a concentração de ~8%. Com o aumento da concentração, ocorre nas estruturas de bandas uma diminuição do gap, tanto para o bulk quanto para as superfícies, porém ele se mantém direto no bulk, com exceção para concentração de 18% e, na superfície (1010), enquanto que na superfície (1120) o gap é indireto...
This work is the result os a theoretical study concerning GaN and the Magnetic Semiconductor Ga1-xMnxN, in both the bulk and the most stable nanoestructured surfaces, due to its importance in the development as spintronic material. We analyze the structural, energetic and electronic properties of this material, by means of periodic calculations based on the Functional Density Theory (DFT), at the hybrid functional B3LYP level, and also present the preliminary results of the study of the magnetic properties of this material. We carried out a detailed study of the band structures and the density of states, for both the Ga1-xMnxN bulk (x~002 a 0,18) and its surfaces (x~0,0 a 0,17) using supercell models constitued by 32 and 96 atoms for the bulk and 12 and 24 atomic layers for the surface slab model. Our results show that for Mn concentrations above 6% there is an increase in the Mn-N bond distance in the c direction, due to the fact that the Mn has an atomic radium greater than that of the Ga and different physical and chemical properties. For the surface calculations, we substituted the Ga for the Mn in different positions relative to the external surface, sub-surface and corre, it was observed that the total energy increased as the Mn atoms moved from the surface layer to the interior sites and when we consider the equilibrium shape based in the thermodynamic stability, the most stable surface energies for the (1010) and (1020) planos of wurtzite GaN are found for the ~8% Mn concentration. When the Mn concentration increases, the band gap decreases for the bulk as well as for the surfaces, the gap being direct for the bulk, except for the 18% concentration, and for the (1010) surface, whereas the gap is found indirect for the (1120) surface for the concentrations 6 and 17%. The analysis of the density... (Complete abstract click electronic access below)
This work is the result os a theoretical study concerning GaN and the Magnetic Semiconductor Ga1-xMnxN, in both the bulk and the most stable nanoestructured surfaces, due to its importance in the development as spintronic material. We analyze the structural, energetic and electronic properties of this material, by means of periodic calculations based on the Functional Density Theory (DFT), at the hybrid functional B3LYP level, and also present the preliminary results of the study of the magnetic properties of this material. We carried out a detailed study of the band structures and the density of states, for both the Ga1-xMnxN bulk (x~002 a 0,18) and its surfaces (x~0,0 a 0,17) using supercell models constitued by 32 and 96 atoms for the bulk and 12 and 24 atomic layers for the surface slab model. Our results show that for Mn concentrations above 6% there is an increase in the Mn-N bond distance in the c direction, due to the fact that the Mn has an atomic radium greater than that of the Ga and different physical and chemical properties. For the surface calculations, we substituted the Ga for the Mn in different positions relative to the external surface, sub-surface and corre, it was observed that the total energy increased as the Mn atoms moved from the surface layer to the interior sites and when we consider the equilibrium shape based in the thermodynamic stability, the most stable surface energies for the (1010) and (1020) planos of wurtzite GaN are found for the ~8% Mn concentration. When the Mn concentration increases, the band gap decreases for the bulk as well as for the surfaces, the gap being direct for the bulk, except for the 18% concentration, and for the (1010) surface, whereas the gap is found indirect for the (1120) surface for the concentrations 6 and 17%. The analysis of the density... (Complete abstract click electronic access below)
Descrição
Palavras-chave
Nitretos, GaN - Estrutura eletrônica, GaN - Electronic structure
Como citar
GOMES, Marcilene Cristina. Estudo teórico das propriedades estruturais e eletrônicas do GaN e do semicondutor magnético Ga1-xMnxN no bulk e na superfície. 2011. 166 f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências, 2011.