Вплив тиску на енергетичну зонну структуру AlAs за використання моделі sp3s*
Анотація
Ми використали метод щільного зв'язку sp3s* як обчислювальний підхід для розрахунку зонної структури кристалів AlAs за відсутності тиску та проаналізували вплив тиску на зонну структуру за низького тиску (1-7) ГПа. Ми використали дві форми рівняння стану Бірча-Моема (третього та четвертого порядку) для розрахунку змін в елементах матриці Гамільтона, що виникають внаслідок змін об'єму кристала та постійної решітки. Дисперсійні співвідношення для напрямків високої симетрії в першій зоні Бріллюена були знайдені шляхом чисельного розрахунку діагоналі Гамільтона під тиском. Ці розрахунки виконані за допомогою процедури, написаної в MATLAB. Ми виявили, що вплив обох форм рівняння стану на зонну структуру відрізняється лише незначно (на 0,01) за низького тиску, як показано на діаграмах зонної структури. Долини зони провідності повзуть вниз за низького тиску, зменшуючи як прямі, так і непрямі енергетичні щілини. Отримані результати узгоджуються з іншими експериментальними та теоретичними результатами.
Завантаження
Посилання
A. Srivastava, and N. Tyagi, “High pressure behavior of AlAs nanocrystals: the first-principle study,” High Pressure Research, 32(1), 43–47 (2012), https://doi.org/10.1080/08957959.2011.643791
N. Y. Aouina, F. Mezrag, M. Boucenna, M. El-Farra, and N. Bouarissa, “High pressure electronic properties and elastic stability criteria of AlAs,” Materials Science and Engineering: B, 123(1), 87–93 (20050. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2005.07.008
F. Betraoui, H. Rekab- Djabri, K. Baddari, and S. Daoud, “Study of the Phase Transition and Physical Properties of AlAs, ScAs and Alx Sc1-x As Compounds by the FP-LMTO Method,” Annals of West University of Timisoara - Physics, 66(1), 118–141 (2024). https://doi.org/10.2478/awutp-2024-0008
M. S. Ali and R. Parvin, “Investigation of pressure effect on structural, mechanical, electrical and optical properties of AlAs for optoelectronic applications,” Physica B: Condensed Matter, 673, 415491 (2024). https://doi.org/10.1016/j.physb.2023.415491
V. B. Sheeba and C. N. Louis, “Band Structure, Metallization and Superconducting Transition Of Group III-V Semiconductors AlP And AlAs Under High Pressure,” CME, 1(4), 132–140 (2013). https://doi.org/10.13189/cme.2013.010405
S. Froyen and M. L. Cohen, “Structural properties of III-V zinc-blende semiconductors under pressure,” Phys. Rev. B, 28(6), 3258–3265 (1983). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.28.3258
B. A. Weinstein, and S. K. Hark, “Phase Transitions in AlAs/GaAs Superlattices under High Pressure,” Physical Review Letters, 58 (1987). https://doi.org/10.1103/physrevlett.58.781
R. G. Greene, H. Luo, T. Li, and A. L. Ruoff, “Phase transformation of AlAs to NiAs structure at high pressure,” Phys. Rev. Lett., 72(13), 2045–2048 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.72.2045
S. Adachi, “Band gaps and refractive indices of AlGaAsSb, GaInAsSb, and InPAsSb: Key properties for a variety of the 2–4-μm optoelectronic device applications,” Journal of Applied Physics, 61(10), 4869–4876 (1987). https://doi.org/10.1063/1.338352
N. Bouarissa, “Electronic structure and lattice properties of zinc-blende InN under high pressure,” The European Physical Journal B - Condensed Matter, 26(2), 153–158 (2002). https://doi.org/10.1140/epjb/e20020076
R. G. Greene, H. Luo, K. Ghandehari, and A. L. Ruoff, “High pressure structural study of AlSb to 50 GPa,” Journal of Physics and Chemistry of Solids, 56(3–4), 517–520 (1995). https://doi.org/10.1016/0022-3697(94)00231-2
Adnan Al-sheikh, Mumtaz Hussien, and Siham Abdullah, “Pressure and Temperature Dependence of Energy Gap in SiC and Si1-xGex,” RJS, 28(4), 53–61 (2019). https://doi.org/10.33899/rjs.2019.163296
T. B. Boykin, “Incorporation of incompleteness in the k ⋅ p perturbation theory,” Phys. Rev. B, 52(23), 16317–16320 (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.52.16317
J. C. Slater and G. F. Koster, “Simplified LCAO Method for the Periodic Potential Problem,” Phys. Rev. 94(6), 1498–1524 (1954). https://doi.org/10.1103/PhysRev.94.1498
Gerhard Klimeck, R. Chris Bowen, Timothy B. Boykin, Carlos Salazar-Lazaro, Thomas A. Cwik, and Adrian Stoica, “Si Tight-Binding Parameters from Genetic Algorithm Fitting,” Superlattices and Microstructures, 27(2/3), (2000). https://doi.org/10.1006/spmi.1999.0797
P. Vogl, H. P. Hjalmarson, and J. D. Dow, “A Semi-empirical tight-binding theory of the electronic structure of semiconductors†,” Journal of Physics and Chemistry of Solids, 44(5), 365–378 (1983). https://doi.org/10.1016/0022-3697(83)90064-1
D. A. Rasero Causil, A. A. Portacio, and D. Suescun, “Estructura Electrónica de GaAs y AlAs usando un Hamiltoniano Tight-Binding sp3s∗,” Cienc. En Desarro, 12(2), (2021). https://doi.org/10.19053/01217488.v12.n2.2021.12612
D. J. Chadi, “Spin-orbit splitting in crystalline and compositionally disordered semiconductors,” Phys. Rev. B, 16(2), 790–796 (1977). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.16.790
G. Gopir, N. D. Zulkifli, and A. P. Othman, “Electronic Structure Calculation of Bulk Semiconductors Using The Sp3s* Empirical Tight Binding Method,” Solid State Science and Technology, 13(1), (2005).
J. Singh, Electronic and Optoelectronic Properties of Semiconductor Structures, (First. Cambridge University Press, New York, 2003).
A. A. Kelsey, and G. J. Ackland, “Computational analysis of the high-pressure structures of InSb,” J. Phys.: Condens. Matter, 12(32), 7161–7173 (2000). https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/32/301
Y. Ida, Y. Syono, and S. Akimoto, “Effect of Pressure on the Lattice Parameters of Stishovite,” Earth and Planetary Science Letters, 3, 216–218 (1968). https://doi.org/10.1016/0012-821X(67)90040-4
M. S. Ali and R. Parvin, “Investigation of pressure effect on structural, mechanical, electrical and optical properties of AlAs for optoelectronic applications,” Physica B: Condensed Matter, 673, 415491 (2024). https://doi.org/10.1016/j.physb.2023.415491
E. B. Elkenany, O. A. Alfrnwani, and M. Sallah, “Insight into pressure effect on optoelectronic, mechanical, and lattice vibrational properties of nanostructured GaxIn1−xPySbzAs1−y−z for the solar cells system,” Sci. Rep. 13(1), 3891 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30681-1
I. O. Radi, M. A. Abdulsattar, and A. M. Abdul‐Lettif, “Semiempirical LUC‐INDO calculations on the effect of pressure on the electronic structure of diamond,” Physica Status Solidi (b), 244(4), 1304–1317 (2007). https://doi.org/10.1002/pssb.200541329
H.-Y. Wang, X.-S. Li, C.-Y. Li, and K.-F. Wang, “First-principles study of phase transition and structural properties of AlAs,” Materials Chemistry and Physics, 117(2–3), 373–376 (2009). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2009.06.006
V. G. Tyuterev, and N. Vast, “Murnaghan’s equation of state for the electronic ground state energy,” Computational Materials Science, 38(2), 350–353 (2006). https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2005.08.012
S. Froyen and W. A. Harrison, “Elementary prediction of linear combination of atomic orbitals matrix elements,” Phys. Rev. B, 20(6), 2420–2422 (1979). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.20.2420
W. A. Harrison, “Elementary theory of heterojunctions,” Journal of Vacuum Science and Technology, 14(4), 1016–1021 (1977). https://doi.org/10.1116/1.569312
I. Vurgaftman, J. R. Meyer, and L. R. Ram-Mohan, “Band parameters for III–V compound semiconductors and their alloys,” Journal of Applied Physics, 89(11), 5815–5875 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1368156
S. Adachi, “Band gaps and refractive indices of AlGaAsSb, GaInAsSb, and InPAsSb: Key properties for a variety of the 2–4-μm optoelectronic device applications,” Journal of Applied Physics, 61(10), 4869–4876 (1987). https://doi.org/10.1063/1.338352
F. Birch, “Finite Elastic Strain of Cubic Crystals,” Phys. Rev. 71(11), 809–824 (1947). https://doi.org/10.1103/PhysRev.71.809
T. Katsura, and Y. Tange, “A Simple Derivation of the Birch–Murnaghan Equations of State (EOSs) and Comparison with EOSs Derived from Other Definitions of Finite Strain,” Minerals, 9(12), 745 (2019). https://doi.org/10.3390/min9120745
A. Al-sheikh, M. Hussien, and S. Abdullah, “Pressure and Temperature Dependence of Energy Gap in SiC and Si1-xGex,” RJS, 28(4), 53–61 (2019). https://doi.org/10.33899/rjs.2019.163296
A. B. Alchagirov, J. P. Perdew, J. C. Boettger, R. C. Albers, and C. Fiolhais, “Energy and pressure versus volume: Equations of state motivated by the stabilized jellium model,” Phys. Rev. B, 63(22), 224115 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.224115
S. F. Mohammed, S. M. A. Ridha, A. M. Ghaleb, Z. T. Ghaleb, Y. Benkrima, and M. A. Abdullah, “Determination of Band Structure and Compton profiles for Aluminum-Arsenide Using Density Functional Theory,” East Eur. J. Phys. (2), 132–137 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-12
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
