ویژگی های الکترونی، مغناطیسی و اپتیکی نانو لایه GaAs خالص و آلائیده شده با ناخالصی های Mn و Fe واقع بر سطح [001]

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسنده

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

انبوهه و نانو لایه‌ی GaAs به دلیل کاربردهای وسیع مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته اند. به دلیل اهمیت نانو لایه GaAs ، در این مقاله با استفاده از دو ناخالصی Mn و Fe احتمال ایجاد گذار فاز رسانا به نیم‌رسانا و برعکس هچنین چگونگی جابجایی ستیغ های ضرایب اپتیکی این نانو لایه‌‌ها مورد بررسی قرار می گیرد. به این منظور ویژگی‌های ساختاری، الکترونی و مغناطیسی نانو لایه ی GaAs خالص و آلائیده شده با ناخالصی‌های (GaAs+Fe) Mn و Fe (GaAs+Fe) با استفاده از نظریه تابعی چگالی مورد مطالعه قرار می‌گیرند. چگالی حالت‌های الکترونی، ضریب خطی گرمای ویژه ، ساختار نوراری و گشتاور مغناطیسی کل و موضعی حاصل از ناخالصی‌ها محاسبه و مقایسه می شوند. بخش حقیقی و موهومی تابع دی الکتریک، تابع دی الکتریک استاتیکی، ناهمسانگردی تک محوری، ضرایب بازتابش، ضرایب جذب ، تابع اتلاف انرژی و رسانندگی اپتیکی نانولایه های GaAs خالص ، GaAs+Feو GaAs+Fe برای میدان الکتریکی موازی و عمود بر سطح نانو لایه‌ها با استفاده از تقریب‌های چگالی شیب تعمیم یافته و انگل-وسکو بررسی و مقایسه می شوند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Electronic, Magnetic and optical properties of pure GaAs nanolayer and doped with Mn and Fe impurities located at the [001] surface

نویسنده [English]

  • Zahra Nourbakhsh
Isfahan University
چکیده [English]

The GaAs nano-layer has received much attention due to its wide application. Due to the importance of the GaAs nano-layer, in this paper, using two Mn and Fe impurities, the probabily of the metallic to semiconductor phase transition and vice versa, as well as the displacements of the optical coefficients peaks of this nano-layer are investigated. For this purpose, the structural, electronic and magnetic properties of pure GaAs nano-layer and this nano-layer with Mn (GaAs+Mn) and Fe (GaAs+Fe) impurities located at the nanolayer surface are investigated using the density functional theory. The electron density of states, linear coefficients of electronic specific heat, band structures and the total and local magnetic moment at impurity atomic position of these nano-layers are calculated and compared. The real and imaginary parts of dielectric function, static dielectric functional, uniaxial anisotropy, reflectivity, absorption, electron energy loss function and optical conductivity of pure GaAs , GaAs+Mn and GaAs+Fe nano-layers for electric field parallel and perpendicular to nano-layer surface within GGA and GGA_EV approaches are investigated and compared.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Density functional theory
  • GaAs nano-layer with impurity
  • Magnetic moment
  • Band structure
  • Optical properties

مراجع

 
[1] K.M. Song, D.C. Khan, A.K. Ray, Correlation study of sodium-atom chemisorption on the GaAs (110) surface,  Physical Review B 49 (1994) 1818-1826.
 
[2] Y.J. Zhang, B.K. Chang, Z. Yang, J. Niu, J.J. Zou, Distribution of carriers in gradient-doping transmission-mode GaAs photocathodes grown by molecular beam epitaxy, Chinese Physics B 18 (2009) 4541-4546.
 
 [3] J.J. Zou, Y.J. Zhang, Z. Yang, B.K. Chang, Degradation model of GaAs vacuum electron sources, Acta Physica. Sinica 60 (2011) 017902-017906.
 
 [4] M.A. Vasilenko, I.G. Neizvestny, N.L. Shwartz, Formation of GaAs nanostructures by droplet epitaxy—Monte Carlo Simulation, Computational Materials Science 102 (2015) 286-292.
 
[5] T. Shan, X. Qi, Design and optimization of GaAs photovoltaic converter for laser power Beaming, Infrared Physics and Technology 71 (2015) 144-150.
 
[6] W. Wang, G. Lee, M. Huang, R.M. Wallace, K. Cho, First-principles study of GaAs(001)-b2( ) surface oxidation and passivation with H, Cl, S, F and GaO, Journal of Applied Physics 107 (2010) 103720-103730.
 
[7] C.H. Chung, S.I. Yi, W.H. Weinberg, Temperature-programmed desorption and high-resolution electron energy loss spectroscopy studies of the interaction of water with the GaAs (001)- ( )  surface, Journal of Vacuum Science and Technology A 16 (1998) 1785-1789.
 
 [8] X. Zhang, S. Ptasinska, Dissociative adsorption of water on an H2O/GaAs (100) interface: in situ near-ambient pressure XPS studies, Journal of Physical Chemistry C 118(2014) 4259-4266.
 
[9] J-S. Zhang,  H-C Liu, F. Shi, F. Yu, Y. Liu, C. Xiao, Q. Lan, Adsorption and dissociation of H2O on the Ga-rich GaAs(0 0 1)-(4 2) surface: DFT and DFT-D computations with a Ga7As8H11cluster mode, Computational and Theoretical Chemistry 1064 (2015) 51-55.
 
 [10] H.L. Lu, W. Chen, S.J. Ding, D.W. Zhang, L.K. Wang, DFT calculations of NH3 adsorption and dissociation on gallium-rich GaAs (001)- ( ) surface, Chemical Physics Letters 445 (2007) 188-192.
 
[11] Q. Fu, L. Li, C.H. Li, M.J. Begarney, D.C. Law, R.F. Hicks, Mechanism of arsine adsorption on the Gallium-rich GaAs (001)- ( ) surface, Journal of Physical Chemistry B 104(2000) 5595-5602.
 
[12] M.V. Lebedev, Methylthiol adsorption on GaAs (100)- ( ) surface: ab initio quantum-chemical analysis, Semiconductors 42 (2008) 1048-1054.
[13] M. Saavedra, A. Buljan, M. Muñoz, Theoretical study of methanethiol adsorbed on GaAs(100) surface, Journal of Molecular Structure, THEOCHEM 906 (2009) 72-77.
 
 [14] H.L. Lu, W. Chen, S.J. Ding, M. Xu, D.W. Zhang, L.K. Wang, Quantum chemical study of adsorption and dissociation of H2S on the Gallium-rich GaAs (001)-( ) surface, Journal of Physical Chemistry B 110 (2006) 9529-9533.
 
[15] M.V. Lebedev, Mechanism of H2S molecule adsorption on the GaAs (100) surface: ab initio quantum-chemical analysis, Physics of the Solid State 48(2006) 164-171.
 

 [16] D.S. sholl, Using density functional theory to study hydrogen diffusion in metals: A brief overview,Journal of Alloys Compounds 446 (2007) 462-468.

 
[17] M.V. Lebedev, Quantum-chemical study of adsorption of 2-propanol molecule on a GaAs (100) surface, Semiconductors 45 (2011) 1519-1523.
 
[18] S. Tang, Z. Cao, Density functional characterization of adsorption and decomposition of 1- propanethiol on the Ga-rich GaAs (001) surface,  Journal of Physical Chemistry A 113 (2009) 5685-5690.
 
[19] H. Ye, L. Tang, Q. Ni, Identification of the dissociative and  kick-out  diffusion mechanisms of Zn diffusion in GaAs by photoluminescence analysis, Material Science and Engineering:B 197(2015) 1-4 .
 

[20] J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Generalized Gradient Approximation Made Simple, Physical Review Letters 77 (1996) 3865-3868.

[21] E. Engel, S.H. Vosko, Fourth-order gradient corrections to the exchange-only energy functional: importance of  contributions, Physical Review B 50 (1994) 10498-10505.
 
[22] P. Blaha, K. Schwarz, J. Luitz, WIEN97, A full potential linearized augmented plane wave package for calculating crystal properties, Karlheinz Schwarz, Techn. Universitat Wien, Austria, 1999, ISBN 3-9501031r-r0-4.

 [23] P. Dufek, P. Blaha, K. Schwarz, Applications of Engel and Vosko’s generalized gradient approximation in solids,  Physical Review B 50 (1994) 7279-7283.

 
[24] Z. Nourbakhsh, Structural, electronic and optical properties of ZnX and CdX compounds (X = Se, Te and S) under hydrostatic pressure, Journal of Alloys Compounds 505 (2010) 698-711.
 
[25] Z. Nourbakhsh, First principles study of the structural, electronic and optical properties of ZnSxSe1-xalloys, Physica B 405 (2010) 4173–4187.
 
[26] N.V. Smith, Photoelectron Energy Spectra and the Band Structures of the Noble Metals, Physical Review B 3 (1971) 1862-1878.
 
[27] C. Ambrosch-Draxl, J.A. Majewski, P. Vogl, G. Leising, First-principles studies of the structural and optical properties of crystalline poly(para-phenylene), Physical Review B 51(1995) 9668-9679.
پژوهش سیستم های بس ذره ای
دوره 9، شماره 2
شهریور 1398
صفحه 187-197

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 22 اسفند 1396
  • تاریخ بازنگری: 01 مهر 1397
  • تاریخ پذیرش: 16 تیر 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار