Assessing the Effect of Electronic Pseudopotentials and Relativistic Treatments on the Structural and Electrical Properties of GaN:  A DFT Study

Д.К. Дас; П. Патнайк; С.К. Наяк; М. Барала

doi:10.15330/pcss.24.4.714-721

Автор(и)

Д.К. Дас Університет технології та менеджменту Центуріона, Бхубанешвар, Одіша, Індія
П. Патнайк Університет технології та менеджменту Центуріона, Бхубанешвар, Одіша, Індія
С.К. Наяк Університет технології та менеджменту Центуріона, Бхубанешвар, Одіша, Індія
М. Барала Університет технології та менеджменту Центуріона, Бхубанешвар, Одіша, Індія

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.4.714-721

Ключові слова:

DFT, LDA, псевдопотенціали, релятивістські трактування

Анотація

Застосовуючи принцип теорії функціоналу густини, можна обчислити різні параметри для GaN, такі як постійна гратки, ширина забороненої зони, зонна структура, поведінку діелектричної функції, показника заломлення, провідності, щільності станів, функцію втрат тощо. У цій роботі використано різні електронні псевдопотенціали із різною релятивістською обробкою, дослідженою за допомогою функціоналу апроксимації локальної густини (LDA-CAPZ) у DFT для GaN. Для розрахунку значень енергії використано зміни параметрів гратки після оптимізації геометрії та побудови зонних енергій. Результати розрахунків електронної структури є порівняннями різних електронних псевдопотенціалів з різною енергією відсічення із використанням різних релятивістських підходів. Графіки щільності та часткової щільності станів допомагають більше дізнатися про електронні та магнітні характеристики зразка. Крім того, виконано порівняння переваг та недоліків різних псевдопотенціалів з різними релятивістськими підходами для вибірки. Розподіл енергетичних рівнів і часткову щільність станів порівнювали для всіх псевдопотенціалів з різними релятивістськими обробками, що дало розуміння орбітальних внесків електронів у щільність станів. Дане дослідження забезпечує глибше розуміння впливу електронних псевдопотенціалів і релятивістських доданків на електронні та структурні властивості GaN.

Посилання

K.A. Lopes Lima, L.A. Ribeiro Junior, A dft study on the mechanical, electronic, thermodynamic, and optical properties of gan and aln counterparts of biphenylene network, Materials Today Communications. 37, 107183 (2023); https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.107183.

M. Shabani, T. Movlarooy, S, Hessami Pilehrood, DFT study of electronic and structural properties of single‐walled gallium nitride nanotubes, International Journal of Quantum Chemistry, 123(17), e27141 (2023); https://doi.org/10.1002/qua.27141.

N. Wang, G. Tang, A review on environmental efficiency evaluation of new energy vehicles using life cycle analysis, Sustainability; 14(6), 3371(2022); https://doi.org/10.3390/su14063371.

M. Bursch, J.M. Mewes, A. Hansen, S. Grimme, Best‐Practice DFT Protocols for Basic Molecular Computational Chemistry. Angewandte Chemie International Edition, 61(42), e202205735 (2022); https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2022-n304h.

B. Bauer, S. Bravyi, M. Motta, G.K. Chan, Quantum algorithms for quantum chemistry and quantum materials science, Chemical Reviews, 120(22); 12685 (2020); https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00829.

J. P. Perdew and K. Burke and M. Ernzehof, Generalized Gradient Approximation Made Simple, Phys. Rev. Lett. 77, 3685 (1996).

J.P. Perdew and J.A. Chevary and S.H. Vosko and K.A. Jackson and M.R. Pederson and D.J. Singh and C. Fiolhais, Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation, Phys. Rev. B, 46, 6671 (1992); http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.46.6671.

Dipan Kumar Das and Padmaja Patnaik, comparison of results of different exchange and correlation potential for GaN, ISSN-2348-2397, Page Nos. 47 (2020);

T.K. Stenczel, Z. El-Machachi, G. Liepuoniute, J.D. Morrow, A.P. Bartók, M.I. Probert, G. Csányi, V.L. Deringer, Machine-learned acceleration for molecular dynamics in CASTEP. The Journal of Chemical Physics, 159(4), 044803 (2023); https://doi.org/ 10.1063/5.0155621.

D.M. Ceperley, B.J. Alder, Ground State of the Electron Gas by a Stochastic Method, Phys. Rev. Lett., 45, 566 (1980); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.45.566.

J.P. Perdew, A. Zunger, Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems, Phys. Rev. B, 23, 5048 (1981); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5048.

N. Dahham, A. Fares, K. Najem, Modeling and simulation of mechanical and physical properties of Barium orthotitanate (Ba2TiO4) composite by Materials Studio (MS), Tikrit, J. Pure Science, 22 (11), 61 (2017); https://doi.org/10.25130/tjps.v22i11.915.

M. Cerezo, A. Arrasmith, R. Babbush, S.C. Benjamin, S. Endo, K. Fujii, J.R. McClean, K. Mitarai, X. Yuan, L. Cincio, P.J. Coles, Variational quantum algorithms. Nature Reviews Physics, 3(9), 625 (2021); https://doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9.

J. Schmidt, M.R. Marques, S. Botti, M.A. Marques. Recent advances and applications of machine learning in solid-state materials science. npj Computational Materials. 5(1), 83 (2019); https://doi.org/10.1038/s41524-019-0221-0.

G.P. Srivastava. The physics of phonons. CRC press; 45б (2022); https://doi.org/10.1201/9781003141273.

Lee, M.H. PhD Thesis, Cambridge University (1996.)

A. Mokhtari, A. Ribeiro, Stochastic quasi-newton methods. Proceedings of the IEEE. 108(11), 1906 (2020).

S.A. Rakityansky. Schrödinger Equation and Its Solutions. InJost Functions in Quantum Mechanics: A Unified Approach to Scattering, Bound, and Resonant State Problems, Cham: Springer International Publishing. 25 (2022);

C. Tezcan, and R. Sever, A general approach for the exact solution of the Schrödinger equation. International Journal of Theoretical Physics, 48, 337 (2009); https://doi.org/10.1007/s10773-008-9806-y.

R.A. El-Nabulsi, A new approach to the Schrodinger equation with position-dependent mass and its implications in quantum dots and semiconductors, Journal of Physics and Chemistry of Solids. 140, 109384 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2020.109384.

A. Urru, Lattice dynamics with Fully Relativistic Pseudopotentials for magnetic systems, with selected applications, 2020.

S.F. Gillani, N. Yasmin, Z. Usman, H.M. Khan, M. Safdar, and M. Mirza, First principles study on optical and thermal properties of BaTiS3. Optik, 261, 169196 (2022); https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.169196.

M. Bursch, J.M. Mewes, A. Hansen, S. Grimme, Best‐Practice DFT Protocols for Basic Molecular Computational Chemistry. Angewandte Chemie International Edition, 61(42), e202205735 (2022); https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2022-n304h.

P. Pyykkö, Relativistic Theory of Atoms and Molecules III: A Bibliography 1993–1999. Springer Science & Business Media; 2013 Jun 29. https://doi.org/10.1007/978-3-642-51885-0.

M. Filatov, and D. Cremer, On the physical meaning of the ZORA Hamiltonian. Molecular Physics, 101(14), 2295 (2003); https://doi.org/10.1080/0026897031000137670.

L.R Maurer, J. Rump, A.C. Filippou. The Electronic Nature of Cationic Group 10 Ylidyne Complexes. Inorganics. 11(3), 129 (2023); https://doi.org/10.3390/inorganics11030129.

A.C. Neto, F.E. Jorge, T. Gomes, ZORA Gaussian basis sets for Fr, Ra, and Ac. Journal of Molecular Modeling. 28(10), 334 (2022); https://doi.org/10.1007/s00894-022-05331-4.