Адсорбция монослоя магния на поверхности GaN(0001)
М.Н. Лапушкин
ФГБУН «Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.447
Оригинальная статья
Аннотация: Методом функционала плотности проведен расчет адсорбции монослоя атомов Mg на поверхности грани (0001) GaN. 2D-слой GaN моделировался суперъячейкой GaN(0001) 2×2 содержащих 10 бислоёв GaN. Поверхность GaN имеет металлический характер, что обеспечено наличием около уровня Ферми зоны поверхностных состояний. Расчет электронной плотности состояний и энергии адсорбции атомов Mg проводился для трех устойчивых мест адсорбции атома Mg: над поверхностными атомами Ga или N и когда 2 атома Mg адсорбируются над атомами N и 2 атома Mg адсорбируются в мостиковой позиции между атомами N. Адсорбция атомов Mg предпочтительна в последней позиции. Один атом Mg приходился на 1 поверхностный атом Ga в первом бислое GaN. Энергия адсорбции Mg равна 1,175 эВ. Адсорбция атомов Mg приводит к незначительной реконструкции поверхности GaN: максимальный сдвиг слоя атомов Ga (N) не превышает 0,035 Å. Адсорбция Mg приводит к образованию широкой поверхностной зоны ниже уровня Ферми. Связь с поверхностью GaN(0001) осуществляется за счет образования связи между валентными электронами магния и валентными электронами подложки GaN.
Ключевые слова: метод функционала плотности, электронная структура, интерфейс, поверхность, адсорбция, магний, GaN
- Лапушкин Михаил Николаевич – к.ф.-м.н., доцент по специальности, старший научный сотрудник, ФГБУН «Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН»
Ссылка для цитирования:
Лапушкин, М.Н. Адсорбция монослоя магния на поверхности GaN(0001) / М.Н. Лапушкин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 447-454. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.447. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Qian, X. Phonon-engineered extreme thermal conductivity materials / X. Qian, J. Zhou, G.Chen // Nature Materials. – 2021. – V. 20. – I. 9. – P. 1188-1202. DOI: 10.1038/s41563-021-00918-3.
2. Buffolo, M. Defects and reliability of GaN‐based LEDs: review and perspectives / M. Buffolo, A. Caria, F. Piva et al. // Physica Status Solidi (a). – 2022. – V. 219. – I. 8. – Art № 2100727. – 22 p. DOI: 10.1002/pssa.202100727.
3. Emon, A.I. A review of high-speed GaN power modules: state of the art, challenges, and solutions / A.I. Emon, A.B. Mirza, J. Kaplun et al. // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. – 2022. – V. 11. – I. 3. – P. 2707-2729. DOI: 10.1109/JESTPE.2022.3232265.
4. Zhang, Y. Recent advances on gan-based micro-leds / Y. Zhang, R. Xu, Q. Kang et al. // Micromachines. – 2023. – V. 14. – I. 5. – Art. № 991. – 19 p. DOI: 10.3390/mi14050991.
5. Behringer, M. Blue high‐power laser diodes‐‐beam sources for novel applications: overview and outlook / M. Behringer, H. König // PhotonicsViews. – 2020. – V. 17. – I. 2. – P. 60-63. DOI: 10.1002/phvs.20200001.
6. Sun, R. GaN power integration for high frequency and high efficiency power applications: a review / R. Sun, J. Lai, W. Chen, B. Zhang // IEEE Access. – 2020. – V. 8. – P. 15529-15542. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2967027.
7. Kozak, J.P. Stability, reliability, and robustness of GaN power devices: a review / J.P. Kozak, R. Zhang, M. Porter et al. // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2023. – V. 38. – I. 7. – P. 8442-8471. DOI: 10.1109/TPEL.2023.3266365.
8. Bermudez, V.M. The fundamental surface science of wurtzite gallium nitride / V.M. Bermudez // Surface Science Reports. – 2017. – V. 72. – I. 4. – P. 147-315. DOI: 10.1016/j.surfrep.2017.05.001.
9. Lyons, J.L. First‐principles theory of acceptors in nitride semiconductors / J.L. Lyons, A. Alkauskas, A. Janotti, C.G. Van de Walle // Physica Status Solidi (b). – 2015. – V. 252. – I. 5. – P. 900-908. DOI: 10.1016/j.cossms.2024.101148.
10. Reshchikov, M.A. Photoluminescence from vacancy‐containing defects in GaN / M.A. Reshchikov // Physica Status Solidi (a). – 2023. – V. 220. – I. 10. – Art. № 2200402. – 8 p. DOI: 10.1002/pssa.202200402.
11. Sun, Q. Energetics of Mg incorporation at GaN (0001) and Ga N (0001�) surfaces / Q. Sun, A. Selloni, T.H. Myers et al. // Physical Review B. – 2006. – V. 73. – I. 15. – Art. № 155337. – 9 p. DOI: 10.1103/PhysRevB.73.155337.
12. Shen, P. Electronic structures and physical properties of Mg, C, and S doped g-GaN / P. Shen, E. Li, L. Zhang, H. Zhao, Z. Cui, D. Ma // Superlattices and Microstructures. – 2021. – I. 156. – Art. № 106930. – 10 p. DOI: 10.1016/j.spmi.2021.106930.
13. Panjulingam, N. 2D g‑GaN as interphase anode layer in Mg battery for capturing passivation species (MgO, Mg(OH)2, MgCO3) – A first‑principles studyIonics / N. Panjulingam, S. Lakshmipathi // Ionics. – 2024. – V. 30. – I. 10. – P. 5253-5263. DOI: 10.1007/s11581-024-05620-3.
14. Cui, Z. Tuning the optoelectronic properties of graphene-like GaN via adsorption for enhanced optoelectronic applications / Z. Cui, X.Wang, M. Li et al. // Solid State Communications. – 2019. – V. 296. – P. 26-31. DOI: 10.1016/j.ssc.2019.04.010.
15. Лапушкин, М.Н. Адсорбция бария на поверхности GaN(0001) / М.Н. Лапушкин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 210-218. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.210.
16. Giannozzi, P. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials / P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2009. – V. 21. – №. 39. – Art. № 395502. – 19 p. DOI: 10.1088/0953- 8984/21/39/395502.
17. Perdew, J.P. Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems / J.P. Perdew, A. Zunger // Physical Review B. – 1981. – V. 23. – I. 10. – P. 5048-5079. DOI: 10.1103/PhysRevB.23.5048.
18. Nishihara, S. BURAI 1.3 A GUI of Quantum ESPRESSO / S. Nishihara. – Режим доступа: www.url: https://nisihara.wixsite.com/burai. – 20.05.2025.