GaN nanotüpün elektronik ve manyetik özellikleri üzerinde doping etkisi: LDA ve LDA+U yöntemleri çerçevesinde ön araştırma

Öz

Bu çalışmada, GaN’nin yapısal ve elektromanyetik özellikleri, Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) kapsamında LDA yöntemi kullanılarak simüle edilmiştir. Valans bandı, ağırlıklı olarak Ga ve N atomlarının p-orbitalleri tarafından oluşturulmuş olup, wurtzite yapısındaki GaN’nin doğrudan bant aralığı karakterini ortaya koymaktadır. Wurtzite fazındaki GaN ile Ag katkılı tek duvarlı kiral GaN nanotüplerinin elektronik ve manyetik özellikleri, DFT’nin Yerel Spin Yoğunluğu Yaklaşımı (LSDA) ve yarı-deneysel Hubbard U düzeltmesi ile incelenmiştir. Ag katkılı GaN nanotüp konfigürasyonlarında, safsızlık konsantrasyonunun artmasıyla birlikte bant aralığı azalmaktadır. Toplam enerji hesaplamaları, katkılı sistemlerde ferromanyetik fazın kararlı olduğunu göstermektedir. Ag katkılı nanotüp sisteminde bant aralığının daraldığı ve toplam manyetik momentin yaklaşık 2,0 µB olduğu belirlenmiştir. İlk prensip hesaplamaları, Ag katkılı GaN nanotüplerinin ferromanyetik özellik kazanabileceğini ve bu yapıların spintronik aygıtlar için potansiyel adaylar olduğunu ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Galyum Nitrür
• GaN:Ag
• LDA+U
• elektronik yapı
• nanotüp

Kaynakça

1. 1. Çağlar A., The synthesis and characterization of advanced carbon nanotube-supported monometallic catalysts for hydrazine electrooxidation, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 40 (1), 155-163, 2025.
2. 2. Seis M., Subaşı S., Maraşlı M., Dehghanpour H., Investigation of mechanical and electrical properties of ultra-low rate SWCNT added UHPC, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (1), 509-519, 2023.
3. 3. Sürer E., Solmaz H., Yılmaz E., Calam A., İpci D., Investigation of the effect of carbon nanotube addition to diesel-biodiesel blend on engine performance and exhaust emissions, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (2), 1055-1064, 2023.
4. 4. Morkoc H., Strite S., Gao G.B., Lin M. E., Sverdlov B., Burns M., Large-band-gap SiC, III–V nitride, and II–VI ZnSe-based semiconductor device technologies, Journal of Applied Physics, 76, 1363-1398, 1994.
5. 5. Pérez-Tomás A., Catalàn. G., Fontserè A., Iglesias V., Chen H., Gammon P. M., Jennings M. R., Thomas M., Fisher C A., Sharma Y K., Placidi M., Chmielowska M., Chenot S.,Porti M., Nafría M., Cordier Y., Nanoscale conductive pattern of the homoepitaxial AlGaN/GaN transistor, Nanotechnology 26, 115203, 2015.
6. 6. Chen Q., Hu H., Chen X., Wang J., Tailoring band gap in GaN sheet by chemical modification and electric field: Ab initio calculations, Applied Physics Letters, 98 (5), 053102, 2011.
7. 7. Magnuson M., Mattesini M., Höglund C., Birch J., Hultman L., Electronic structure of GaN and Ga investigated by soft x-ray spectroscopy and firstprinciples methods, Physical Review B 81, 085125, 2010.
8. 8. Alaal N., Roqan, I. S., Modulating Electronic Structures of Armchair GaN Nanoribbons by Chemical Functionalization under an Electric Field Effect, ACS Omega, 5 (2), 1261-1269, 2020.

9. 9. Himmetoglu B., Floris A., de Gironcoli S., Cococcioni M., Hubbard-Corrected DFT Energy Functionals: The LDA + U Description of Correlated Systems, International Journal of Quantum Chemistry, 114 (1), 14-49, 2013.
10. 10. Hedman J., Martenson N., Gallium Nitride Studied by Electron Spectroscopy, Physica Scripta, 22, 176-178, 1980.
11. 11. Hunt R. W., Vanzetti L., Castro T., Chen K. M., Sorba L., Cohen P. I., Gladfelter W., Van Hove J., Kahn A., Franciosi A., Electronic structure, surface composition and long-range order in GaN, Physica B, 185, 415-421, 1993.
12. 12. Zhang M., Su Z.M., Yan L.K., Qiu Y.Q., Chen G.H., Wang R.S., Theoretical interpretation of different nanotube morphologies among Group III (B, Al, Ga) nitrides, Chemical Physics Letters, 408 (1-3), 145-149, 2005.
13. 13. Mazini M.C., Sambrano J.R., Cavalheiro A.A., Da Silva J.H.D., Leite D.M.G., Efeitos da Adição de Átomos de Mn na Rede do GaN via Métodos de Estrutura Eletrônica, Química Nova, 33 (4), 834-840, 2010.
14. 14. Da Silva J. H D., Leite D M. G., Tabata A., Cavalheiro A. A., Structural and vibrational analysis of nanocrystalline Ga1-xMnxN films deposited by reactive magnetron sputtering, Journal of Applied Physics, 102, 063526, 2007.
15. 15. Stampfl C., Van de Walle C.G., Density-functional calculations for III-V nitrides using the local-density approximation and the generalized gradient approximation, Physical Review B, 59 (8), 5521-5535, 1999.
16. 16. Cai X., Ma Y., J. Ma, D. Xu and X. Luo, Structure and electronic bandgap tenability of m-plane GaN multilayers, Physical Chemistry Chemical Physics, 23, 5431-5437, 2021.
17. 17. Stampfl C., van de Walle C.G., Density-functional calculations for III-V nitrides using the local-density approximation and the generalized gradient approximation, Physical Review B, 59(8), 5521-5535, 1999.
18. 18. Ahmed R., Akbarzadeh H., Fazel-e-Aleem M., A first principle study of band structure of III-nitride compounds, Physica B: Condensed Matter, 370, 52-60, 2005.
19. 19. Petkov V., Gateshki M., Choi J., Gillan E.G., Ren Y., Structure of nanocrystalline GaN from X-ray diffraction, Rietveld and atomic pair distribution function analyses, Journal of Materials Chemistry, 15, 4654-4659, 2005.
20. 20. Maruska H.P., Tietjen J.J., The preparation and properties of vapor-deposited single-crystalline GaN, Applied Physics Letters, 15, 327-329, 1969.
21. 21. Powell R.C., Lee N.-E., Kim Y.-W., Greene J.E., Heteroepitaxial wurtzite and zincblende structure GaN grown by reactive-ion molecular-beam epitaxy: Growth kinetics, microstructure, and properties, Journal of Applied Physics, 73, 189-204, 1993.