Доповідач
Опис
Першопринципним методом досліджено електронну структуру ряду гіпотетичних фаз на основі нітриду бору.
Матеріали на основі нітриду бору є важливими технологічними матеріалами сучасності [1, 2].
Параметри досліджених кристалічних структур були отримані шляхом аналізу результатів моделювання методом молекулярної динаміки з використанням пакету програм «Quantum ESPRESSO» [4]. На рис. 1 та в таблиці 1 приведено схеми елементарних комірок та параметри структур. Перший елемент в позначеннях структур — символ Пірсона, а другий — номер просторової групи.
Рис. 1. Схеми примітивних елементарних комірок C2-C4 досліджуваних кристалічних структур
BC1-xNx, x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0.
Таблиця 1. Симетрія та параметри елементарних комірок досліджуваних кристалічних структур.
Для моноклінних та триклінних структур приведено також кути між базисними векторами ґраток.
Фаза Позначення Симетрія a (Å) b (Å) c (Å)
BC1/4N3/4 (C1) mC16-8 Cm 7.819 5.119 4.421
123.59º
cP8-215 P-43m 3.659 3.659 3.659
oP8-25 Pmm2 2.591 2.482 7.651
BC1/2N1/2 (C2) tP8-111 P-42m 3.544 3.544 3.893
oP8-25 Pmm2 2.549 2.497 7.905
85.00º 89.96º 75.86º
aP8-1 P1 2.465 3.270 9.315
BC3/4N1/4 (C3) mP8-6 Pm 4.539 2.552 5.386
113.10º
oP8-25 Pmm2 2.605 2.462 8.100
hR8-160 R3m 2.558 2.558 27.226
BC (C4) tP8-136 P42/mnm 4.362 4.362 2.752
97.91º
mP8-10 P2/m 4.393 2.726 4.819
Зонна електронна структура та локальні парціальні щільності електронних станів (ЩЕС) ряду політипів BN ретельно досліджувались в роботах [4, 5]. Розрахунки виконані для ряду політипів з цих робіт підтвердили надійність використовуваної нами методики вивчення електронної структури. На рис. 2 представлено розраховані загальні ЩЕС в гіпотетичних сполуках C2- C4.
Рис. 2 Щільності електронних станів (ЩЕС) в сполуках C2-C4.
У випадку BN концентрація валентних електронів становить 8 електронів на елементарну комірку, а зонна структура утворюється зв’язуючими та антизв’язуючими станами, які розділені напівпровідниковою забороненою зоною. Коли азот заміщується вуглецем, концентрація валентних електронів зменшується, а рівень Фермі зміщується в напрямку зони зв’язуючих станів. В результаті ЩЕС на рівні Фермі буде зростати, а відповідна сполука буде дестабілізуватися. Однак це правило виконується не для всіх сполук C2-C4. Як можна бачити з рис. 2 воно виконується для C4-tP8-136 і структур C2 та C3. Ці сполуки є металічними завдяки скінченній величині ЩЕС на рівні Фермі. Псевдощілина навколо рівня Фермі в C4-tP8-136 вказує на те, що ця сполука має виявляти напівпровідникові властивості. Нарешті, C4-mP8-10 є напівпровідником з дуже вузькою забороненою зоною порядка 0,2 еВ.
Показано, що структури C2-C4 є металічними, за винятком двох сполук: C4-TP8-136 - напівметал, а C4-MP8-10 - напівпровідник з дуже вузькою забороненою зоною шириною 0,2 еВ.
- L.E. Toth. Transition Metal Carbides and Nitrides (New York, Academic, 1971).
- P. Luo, Y. Zhao. Molecules 28 (2023) 6200.
- P. Giannozzi et al. J. Phys. Condens. Matter 21 (2009) 395502.
- J. Furthmuller et al. Phys. Rev. B 50 (1994) 606.
- M. Topsakal et al. Phys. Rev. B 79 (2009) 115442.
