Structural and vibrational analysis of nanocrystalline Ga1−xMnxN films deposited by reactive magnetron sputtering

Silva, José Humberto Dias da; Leite, Douglas Marcel Gonçalves; Tabata, A.; Cavalheiro, Alberto Adriano

doi:10.1063/1.2783844

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“…20,21 Este aumento observado do parâmetro de rede dos cristalitos é aproximadamente linear em relação ao conteúdo de Mn incorporado.…”

Section: Modelo Computacionalunclassified

“…21 A fase termodinamicamente mais estável do GaN é a fase hexagonal do tipo wurtzita (B4), 49 grupo espacial P6 3 cm, 50 no qual cada átomo de Ga se encontra no centro de um tetraedro distorcido coordenado a quatro outros nitrogênios vizinhos. Esta estrutura possui dois parâmetros de rede externos a (plano basal) e c (plano uniaxial) e uma coordenada interna u, que descreve as posições relativas do ânion e do cátion ao longo do eixo z, Figura 1.…”

Section: Modelo Computacionalunclassified

“…No entanto, para conseguir certas concentrações de Mn sem que ocorra segregação desse elemento faz-se necessário o uso de temperaturas mais baixas que as ideais para a preparação do GaN, 14 de maneira que os materiais podem apresentar grandes quantidades de defeitos. 19 Outra técnica utilizada para o crescimento de filmes de GaMnN é RF-Magnetron Sputtering reativo, 20,21 técnica relativamente simples, que apesar de obter filmes policristalinos, possibilita uma melhor incorporação do dopante em concentrações mais elevadas, utilizando baixas temperaturas.…”

Section: Introductionunclassified

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Efeitos da adição de átomos de Mn na rede do GaN via métodos de estrutura eletrônica

Mazini¹,

Cavalheiro

Leite³

et al. 2010

Quím. Nova

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Recebido em 6/5/09; aceito em 9/11/09; publicado na web em 10/3/10 INDIRECT EFFECTS OF THE Mn INCORPORATION ON THE ELECTRONIC STRUCTURE OF NANOCRYSTALLINE GaN.A computational method to simulate the changes in the electronic structure of Ga 1-x Mn x N was performed in order to improve the understanding of the indirect contribution of Mn atoms. This periodic quantum-mechanical method is based on density functional theory at B3LYP level. The electronic structures are compared with experimental data of the absorption edge of the GaMnN. It was observed that the indirect influence of Mn through the structural parameters can account for the main part of the band gap variation for materials in the diluted regime (x<0.08), and is still significant for higher compositions (x~0.18).Keywords: GaN; diluted magnetic semiconductor (DMS); DFT. INTRODUÇÃOEstudos recentes mostraram que materiais como GaAs, InAs e GaN, dopados com quantidades de Mn, Fe, Ni, Co, 1-8 da ordem de 5% apresentam, além das propriedades semicondutoras, propriedades ferromagnéticas. 5,9 As propriedades magnéticas destes materiais estão associadas ao fato de que, nos metais de transição citados, os níveis d estão incompletos e apresentam geralmente um valor elevado de momento magnético. Isto confere aos materiais propriedades de semicondutor magnético diluído (DMS).Os DMSs são potenciais candidatos para utilização em spintrô-nica, tecnologia na qual os benefícios da carga e do spin do elétron se unem em um único dispositivo, 7 por possibilitarem a injeção de correntes elétricas com alto grau de polarização de spin entre um metal e um semicondutor que é observada em junções metal semicondutor tradicional.3,10-12 Os dispositivos spintrônicos baseados em DMSs apresentam potencial para promover a integração entre comunicação, memória e processamento em um único dispositivo proporcionando ganho extraordinário na velocidade de processamento de dados. 3,4,7,13 Outro benefício dos dispositivos spintrônicos reside na grande economia de energia, quando comparada aos dispositivos tradicionais. 5Entre os DMSs conhecidos o GaN dopado com Mn é um dos mais promissores candidatos a utilização em dispositivos spintrô-nicos, pois este material pode apresentar uma temperatura de Curie (Tc) acima da temperatura ambiente (Tc ~ 400 K). Em particular, materiais como Ga 1-x Mn x As e In 1-x Mn x As apresentam desvantagem de suas temperaturas de Curie encontrarem-se abaixo da temperatura ambiente, Tc ~ 100 K e Tc ~ 50 K, respectivamente, tornando-os menos convenientes para uso prático. 5,6,14 Outros materiais que também apresentaram propriedades ferromagnéticas à temperatura ambiente são o TiO 2 e ZnO, dopados com Mn, Fe e Co. [15][16][17][18] Para crescer filmes de Ga 1-x Mn x N (GaMnN) encontramos técni-cas como a Epitaxia por Feixe Molecular (MBE), a qual tem como principal característica o controle do crescimento dos filmes a nível de camadas atômicas, podendo produzir filmes monocristalinos com baixa densidade de defeitos. No entanto, para conseguir certas concentrações de Mn...

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“…20,21 Este aumento observado do parâmetro de rede dos cristalitos é aproximadamente linear em relação ao conteúdo de Mn incorporado.…”

Section: Modelo Computacionalunclassified

Section: Introductionunclassified

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Efeitos da adição de átomos de Mn na rede do GaN via métodos de estrutura eletrônica

Mazini¹,

Cavalheiro

Leite³

et al. 2010

Quím. Nova

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“…In this work, the average value obtained by the four functionals was 1.96–1.97 Å. As for nanocrystalline GaN films produced by sputtering, the values 1.93 and 2.07 Å were found for the bonds of the base and along [0001] direction, respectively, the average being 1.97 Å . The average results, with low standard deviation, for a set of 14 experimental results for crystalline samples nominally strain‐free by Moram and Vickers indicates a BL average of 1.95 Å.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 51%

Electronic structure of a hydrogenated gallium nitride nanoparticle

Lavarda

Schiaber

Aguiar

et al. 2015

Phys. Status Solidi B

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This paper investigates the geometrical, electronic, and optical properties of a Ga24N24H46 nanoparticle using Density Functional Theory (DFT). The results show that this nanoparticle maintains geometrical parameters very similar to those of the GaN crystal, although it was noticed that the bond length along the direction [0001] of the Ga24N24H46 nanoparticle is smaller than those of the base of the tetrahedron, which is the opposite of what occurs in the crystal. The bandgap of the passivated nanoparticle calculated with DFT is greater than that of the crystal, while an estimate for the hydrogen‐free Ga24N24 structure shows a much lower bandgap, in accordance with the literature. The simulation of the optical absorption spectra via Time‐Dependent DFT allowed the association of the spatial shape of electronic orbitals with particular transition energies. The highest occupied (HOMO) and lowest unoccupied (LUMO) electronic levels are located on the (0001) and (000‐1) surfaces of the particle, respectively, showing that the passivation of GaN nanoparticles should maintain its known photocatalytic activity, and that transition probability between those surface states is relatively low as compared to the HOMO‐4 and LUMO transitions at 4.16 eV. Results are compared with the available experimental data.

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“…The analysis of the first-order Raman scattering spectra of Ga 1−x Mn x N compounds, prepared by different techniques [3][4][5][6][7][8], displays general progressive modifications with Mn incorporation. However, no specific modes directly 3 Author to whom any correspondence should be addressed.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Resonant excitation of Mn local vibrational modes in the higher order Raman spectra of nanocrystalline Ga_1−xMn_xN films

Silva¹,

Leite²,

Zanatta³

2008

J. Phys.: Condens. Matter

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The effect of manganese on the vibrational properties of Ga1−xMnxN (0≤x≤0.18) films has been investigated by Raman scattering using 488.0 and 632.8 nm photon excitations. The first-order transverse and longitudinal optical GaN vibrational bands were observed in the whole composition range using both excitations, while the corresponding overtones, as well as a prominent peak located in 1238 cm−1 (153.5 meV) were only observed in the Mn-containing films under 488.0 nm excitation. We propose that the peak observed at 1238 cm−1 is due to resonant Mn local vibrational modes, the excitation process being related to electronic transitions involving the Mn acceptor band.

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Structural and vibrational analysis of nanocrystalline Ga1−xMnxN films deposited by reactive magnetron sputtering

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Efeitos da adição de átomos de Mn na rede do GaN via métodos de estrutura eletrônica

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Electronic structure of a hydrogenated gallium nitride nanoparticle

Resonant excitation of Mn local vibrational modes in the higher order Raman spectra of nanocrystalline Ga_1−xMn_xN films

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