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Difetti di sostituzione e posti vacanti nell'ALSB bidimensionale: un primo approccio di principio

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Difetti sostitutivi e posti vacanti nell'ALSB bidimensionale: un primo approccio di principio.

ABSTRACT

AlSb è un materiale semiconduttore che esiste nei regimi 3D e 2D. AlSb ha un'elevata mobilità degli elettroni che è utile per l'applicazione in dispositivi elettronici ad alta velocità.

AlSb ha potenziali applicazioni nel rilevamento delle radiazioni. È stato dimostrato che i difetti, inclusi quelli intrinseci ed estrinseci, influenzano le prestazioni di AlSb per applicazioni in elettronica e optoelettronica.

In questa tesi, la teoria del funzionale della densità con l'aiuto dell'approssimazione del gradiente generalizzata è stata utilizzata per modellare la stabilità e la formazione di posti vacanti Al e Sb, sostituzioni Li e Be in AlSb esagonale 2D.

Sono state riportate le proprietà strutturali ed elettroniche dei suddetti difetti in AlSb. In condizioni di equilibrio, la vacanza di alluminio (VAl) è energeticamente più favorevole rispetto al posto vacante di antimonio (VSb).

Mentre la sostituzione Be è più stabile nel sito atomico Al, la sostituzione Li è più stabile nel sito atomico Sb. I difetti studiati hanno modulato il band gap dell'AlSb.

Mentre il p l'orbitale dell'atomo Sb ha contribuito agli stati dominanti nel band gap dell'ospite per tutti i difetti, il p orbitale di Al ha contribuito immensamente agli stati di difetti.

I risultati mostrano inoltre che l'utilizzo dell'approssimazione graduale generalizzata prevede che l'AlSb difettoso e l'alSb incontaminato siano metallici. Ciò ha aperto la strada a ulteriori indagini utilizzando approssimazioni di correlazione di cambio più accurate.

SOMMARIO

Estratto i
Ringraziamenti ii
Dedizione iii
Sommario vi
Elenco delle abbreviazioni vii
Elenco delle figure viii
Elenco delle tabelle ix
1 Introduzione 1
1.1 Sfondo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Motivazione e dichiarazione del problema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Obiettivi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Panoramica e sinossi. . . . . . . . 3
2 Metodi e calcoli della struttura elettronica 4
2.1 Principio variazionale. . . . . . . . . . 4
2.2 Hamiltoniana a molti corpi. . . . . . . . . 4
2.3 Approssimazione di Born-Oppenheimer. . . . . 6
2.4 Approssimazione di Hartree. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4.1 Approssimazione di Hartree-Fock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 Teoria del funzionale della densità. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.5.1 Formalismo di Hohenberg-Kohn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5.2 Le equazioni di Kohn-Sham. . . . . . . 14
2.6 Funzionali di correlazione di scambio. . . . ... . . 16
2.6.1 L'approssimazione della densità locale. . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.6.2 L'approssimazione generalizzata del gradiente. . . . . . . . . . . . . . 17
2.6.3 Funzionali ibridi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.7 Pseudopotenziale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.7.1 Pseudopotenziali a conservazione delle norme. . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.7.2 Pseudopotenziali ultra morbidi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.7.3 Il metodo delle onde aumentate dal proiettore. . . . . 21
2.8 Set di base. . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.9 Zona Brillouin. . . . . . . . 21
3 Revisione della letteratura 23
3.1 Difetti di materiale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.1 Difetti superficiali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.2 Difetti di linea (dislocazioni). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.3 Difetto puntuale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 Difetti in AlSb e altre leghe. . . . . . . 26
4 Metodologia 30
4.1 Dettagli computazionali. . . . . . . . . . 30
4.2 Test delle dimensioni della supercella. . . . . . . . . 30
4.3 Test dell'energia di cut-off. . . . ... . . . 31
4.4 Test dei punti k. . . . . . . . . . 32
4.5 Dettagli di calcolo. . . . . . . . . . . 33
5 Risultati 34
5.1 Proprietà strutturali. . . . . 34
5.2 Stabilità ed energetica dei difetti. . . . . . . . . . . . . 36
5.3 Proprietà elettroniche. . . . . . . ... . . 37
6 Conclusioni 39
6.1 Riepilogo. . . . . . . . . . . . 39
6.2 Raccomandazione. . . . . . . 39
Bibliografia 41

INTRODUZIONE

Questo capitolo presenta una breve introduzione dell'argomento di interesse: difetti sostitutivi e di vanità in AlSb esagonale bidimensionale. In questo capitolo vengono presentati la motivazione dello studio, gli obiettivi e la sinossi della tesi.

Sfondo 1.1

Proprietà dei materiali ad alta pressione inclusi AlSb, AlSi, CdTe, C-BN, C-BC2N, TiB2, SiC, TiN, tra gli altri, spazia dal comportamento superconduttore alle proprietà super dure, alta densità, altamente incomprimibile, alta conducibilità termica, proprietà ottiche non lineari (raddoppio della frequenza) e proprietà elettroniche e magnetiche insolite.

Queste proprietà uniche possono essere utilizzate per applicazioni in diodi semiconduttori e laser [1], materiali per l'accumulo di energia [2], elettronica ad alta temperatura e applicazioni optoelettroniche [3].

Negli ultimi anni, materiali a due dimensioni (2D) come grafene, fosforene, dichalcogenides di metalli di transizione, nitruro di boro (BN) nel loro regime monostrato, hanno il potenziale per migliorare le tecnologie esistenti e creare anche una gamma di nuove applicazioni per il futuro optoelettronico nano-dispositivi, a causa delle straordinarie proprietà elettriche, meccaniche e ottiche che possiedono [4].

2D AlSb è di notevole ricerca e interesse tecnico a causa delle sue numerose caratteristiche come i materiali monostrato. Ha un gap energetico diretto e indiretto di 1.62 eV e 1.31 eV rispettivamente accoppiato con un allineamento di banda unico [5].

In passato, AlSb è stato utilizzato in dispositivi optoelettronici [6], rilevamento delle radiazioni [7], domanda di stoccaggio di ioni di litio e sodio [8] e come strato tampone per la crescita epitassiale di GaSb [9].

BIBLIOGRAFIA 

Drain, tecniche e applicazioni degli ultrasuoni laser. Routledge, 2019.

Klein, A. Altman, R. Saballos, J. Walsh, A. Tamerius, Y. Meng, D. Puggioni, Jacobsen, J. Rondinelli e D. Freedman, “Sintesi ad alta pressione del BiVO3 perovskite, "Physical Review Materials, vol. 3, no. 6, p. 064411, 2019.

Cheng, C. Wang, X. Zou e L. Liao, "I recenti progressi nei dispositivi optoelettronici basati su materiali 2D e le loro eterostrutture", Advanced Optical Materials, vol. 7, no. 1, p. 1800441, 2019.

Long, P. Wang, H. Fang e W. Hu, "Progressi, sfide e opportunità per i fotorilevatori basati su materiali 2D", Advanced Functional Materials, vol. 29, n. 19, p. 1803807, 2019.

Singh, SK Gupta e Y. Sonvane, "Proprietà strutturali e optoelettroniche del monostrato 2D AlSb", in AIP Conference Proceedings, vol. 1731, p. 120018, AIP Publishing, 2016.

Cheewajaroen, P. Saengkaew, S. Sanorpim, V. Yordsri, C. Thanachayanont, Nuntawong e W. Rathanasakulthong, "Characterization of N-type e P-type antimonides di alluminio su substrati Si per dispositivi optoelettronici a temperatura ambiente", Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 88, pagg. 224–233, 2018.

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