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空位对纤锌矿型AlN自发极化影响的最大局域化Wannier函数方法研究

牛海波  陈光德  伍叶龙  耶红刚  
【摘要】:采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纤锌矿型AlN中引入不同电荷态的N空位和Al空位时结构中最大局域化Wannier函数,并根据Wannier函数的空间分布及空间分布的几何中心位置,对空位引起的晶体电子结构变化及[0001],[ˉ1010],[ˉ12ˉ10]晶向上的自发极化进行了研究.结果表明,利用最大局域化Wannier函数分析电子结构具有直观的特点,清晰地表明N—Al键具有较强的离子性.研究发现,N空位结构中悬挂键上电荷向空位处转移,而Al空位结构中悬挂键上电荷则远离空位,沿悬挂键方向移动到N原子一侧.同时发现,空位的引入破坏了[ˉ1010],[ˉ12ˉ10]晶向上的中心对称结构,产生了极化,且极化强度随着空位电荷态的增加而增大.在[0001]晶向上,随着N空位电荷态的增加,空位周围电子结构发生了剧烈变化,使得自发极化发生了逆转,极化强度随着电荷态的增加而增大;而在Al空位中,随着电荷态的增加,自发极化沿原方向显著增加,但没有发生极化反转.

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