Investigamos las estructuras electrónicas y propiedades ópticas de la wurtzite, blenda de zinc, y las fases AlN Rocksalt

Investigamos las estructuras electrónicas y propiedades ópticas de la wurtzite, blenda de zinc, y las fases AlN Rocksalt en sus presiones de transición de fase estructurales por el método funcional de la densidad ultrasoft pseudopotencial. Empleamos la forma Perdew-Burke-Ernzerhof de la aproximación de gradiente generalizado disponible en el código CASTEP con la base de onda plana fija para expandir la densidad electrónica periódica. La función dieléctrica y propiedades ópticas tales como re reflectividad, la absorción de coeficiente, índice de refracción, y la función de pérdida de energía de los electrones se presentan en una amplia gama de energía entre 0 y 50 eV. Nuestros resultados revelan que para la fase AlN rocksalt, la intensidad de orbitales p N2 en las bandas de conducción disminuye obviamente cuando la presión aumenta de 15 a 17 GPa. Las propiedades ópticas calculadas indicar que la blenda de zinc y Wurtzita fases AlN tienen algunas características similares, pero la fase de AlN rocksalt tiene otras características. © 2008 Instituto Americano de Física. ? DOI: 10.1063 / 1.2903138

I. INTRODUCCIÓN

Recientemente, el ancho de banda de diferencia AlN material semiconductor ha atraído cada vez más interés debido a su baja compresibilidad, buena estabilidad térmica, química y de radiación inercia, y aplicaciones tales como diodos de luz de longitud de onda corta que emiten, detectores ópticos, de alta presión, alta temperatura, y devices.1,2 optoelectrónico de alta frecuencia bajo condiciones de temperatura y presión ambiente, AlN cristaliza en la estructura de wurtzita hexagonal perteneciente al grupo espacial P63mc. No ha sido reciente interés en el estudio de las fases de alta presión de AlN experimental y teóricamente, ya Ueno et al.3 encontró que la fase de AlN wurtzite podría transformarse en la estructura de sal de roca con el 3M F4 grupo espacial a una presión de 22,0 GPa y la fase rocksalt persistieron hasta la presión atmosférica. Además, algunas otras mediciones experimentales y cálculos teóricos que muestran AlN se transforma de la fase wurtzite a la fase de sal de roca con el 3M F4 grupo espacial bajo alta presión, tal como 12,5 y 16,6 GPa por Christensen y Gorczyca4,5 y 14 GPa por Xia et al 0.6 la estructura de la blenda de zinc de AlN con el espacio del grupo 3M F4 es estable sólo cuando es muy delgada? 1,5-2,0 nm? y se transforma en la estructura de wurtzita en mayor thickness.7 También se ha encontrado que la estructura de la blenda de zinc es una fase metaestable con la entalpía muy cerca de la de la phase.8 wurtzite Hasta ahora, la mayor parte del trabajo se ha centrado en la transición de fase, propiedades electrónicas, así como properties.1-8 fonón Aunque algunos resultados experimentales y teóricos de la propiedad óptica de wurtzite AlN han sido

informaron de 5,9-13 y, más recientemente, Laskowski y Christensen 14,15 estudiaron los efectos de la inclusión de correlaciones electrón-hueco y la parte imaginaria de la función dieléctrica de las fases Rocksalt wurtzita y de alta presión, más estudios sobre las propiedades ópticas de la fase rocksalt de AlN y la fase metaestable de fase blenda de AlN? zinc? todavía son obligatorios. Por otra parte, también es importante a la física fundamental y aplicaciones potenciales para estudiar las propiedades ópticas de sal de roca y zinc blenda fases de AlN. En este trabajo, se calculan las energías del estado fundamental de las tres fases de AlN de 0 a 20 GPa el fin de obtener las presiones críticas cerca de la transición de fase. Se encuentra que la energía del estado fundamental de la fase de la blenda de zinc es 22,4 meV / átomo más alta que la de la fase wurtzite bajo que van de 0 a 20 GPa, lo que demuestra que la fase de AlN blenda de zinc es una fase metaestable la presión. Por otra parte, los wurtzita y zinc blenda fases se transforman en la fase de sal de roca en 17 y 15 GPa, respectivamente, que se toma como presiones de transición de fase en los siguientes cálculos. Se presentan los datos estructurales, transferencia de carga, y las poblaciones de bonos para ionicidad. Las estructuras electrónicas se calculan entonces a partir de la perspectiva de las propiedades ópticas y se encuentran a depender tanto de las transiciones interbandas y intrabanda determinados por las bandas de energía. Por último, las propiedades ópticas tales como la función dieléctrica, re reflectividad, absorción, índice de refracción, y la función de pérdida de energía de los electrones se discuten

II. CÁLCULO DETALLES La densidad de base método pseudopotencial teoría funcional de onda plana 16 y el paquete de Cambridge secuencial de Energía Total? CASTEP? código 17 se emplean en nuestro cálculo energético total. Debido a la aproximación de gradiente generalizado

TABLA I. transferencia de carga, las longitudes de enlace, constantes de red, y la población de bonos del wurtzite, blenda de zinc y fases AlN Rocksalt a presión ambiente? P = 0 GPa? y las presiones de transición de fase? P = 17 GPa para las fases Wurtzita y Rocksalt, P = 15 GPa para las fases de blenda de zinc y Rocksalt?

? GGA? es más e fi ciente de la aproximación densidad local? LDA? para predecir la transición de fase, se emplea el método Perdew 18-Burke-Ernzerhof GGA para describir los potenciales de intercambio y correlación. Los potenciales iónicos son descritos por la ultrasoft de tipo Vanderbilt pseudopotential.19 El esquema Monkhorst y el paquete de muestreo k-punto se utiliza para la integración durante la primera Brillouin fi zone.20 La función de energía Kohn- Sham se minimiza directamente a través del método del gradiente conjugado .21 el cambio en la energía total es menos de 1 meV / átomo cuando se elige el punto de corte de energía para ser 1.400 eV y los parámetros de malla conjunto de k puntos son 9? 9? 6 para la fase wurtzite, 11? 11? 11 para la fase de sal de roca, y 10? 10? 10 para la fase de la blenda de zinc.

III. Resultados y discusión A. Las propiedades estructurales y análisis de población como el grado de ionicidad es un factor significativo en la determinación de la transición de fase estructural, la carga y la química de unión de la wurtzite, blenda de zinc y fases AlN RockSalt NaCl como se analizó utilizando el análisis de la población Mulliken. La Tabla I muestra la transferencia calculado carga, longitudes de enlace, y la población de unión del wurtzite, blenda de zinc, y las fases de AlN Rocksalt bajo diferentes presiones cerca de la transición estructural. Los valores calculados de las constantes de red de las tres fases de AlN en 0 GPa están muy cerca de los resultados experimentales y otros calculations.3-8 teórico Cuando la fase de AlN wurtzite se comprime a presiones de 0 a 17 GPa, la transferencia de carga de Al a N aumenta desde 0,37 hasta 0,41 de electrones, mientras

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