Efekty statystyki kwantowej w dyfuzji powierzchniowej
| Informacje ogólne - Ważne wydarzenia |
W opublikowanym właśnie artykule „Quantum statistics effects in surface diffusion: application to diffusion of nitrogen adatoms over GaN(0001) surface”, Phys. Chem. Chem. Phys., 2025, 27, 23996-24016 autorstwa Pawła Strąka, Cypriana Sobczaka i Stanisława Krukowskiego z naszego Instytutu autorzy wykazali, że efekty statystyki kwantowej odgrywają ważną rolę w dyfuzji atomów azotu na częściowo pokrytych galem powierzchniach GaN(0001). Jest to częściowo związane z wiązaniem zarówno w początkowych, jak i aktywowanych stanach. Dodatkowo pokazano że, bariera energetyczna dyfuzji może ulec zmianie ze względu na statystykę kwantową elektronów przez zmianę energii Fermiego, jak pokazano w przypadku dyfuzji azotu na czystej i pokrytej galem powierzchni GaN(0001).
Energie stanów kwantowych atomów azotu i najbliższych sąsiednich atomów galu w slabie (2√3×2√3) reprezentującej czystą powierzchnię GaN(0001) z pojedynczym atomem azotu umieszczonym w miejscu H3. Indeksy 1, 2 i 3 odpowiadają najbliższym sąsiednim atomom Ga (czworościan) znajdującym się w podstawie czworościanu. Panele przedstawiają, od lewej: energię stanów kwantowych w przestrzeni pędu, rzutowaną gęstość stanów (PDOS) atomów N i Ga, a dwa panele po prawej stronie - populację orbitali krystalicznych hamiltonianu (COHP).
Wykazano, że azotek galu w strukturze wurtcytu jest związany inaczej niż standardowe półprzewodniki posiadające dwa oddzielne podpasma walencyjne: górne przez hybrydyzowane orbitale 4sp3 galu i rezonansowe stany 2p azotu, a dolne przez orbitale 3d galu i 2s azotu. Dodatkowo pokazano że, bariera energetyczna dyfuzji może ulec zmianie ze względu na statystykę kwantową elektronów przez zmianę energii Fermiego, jak pokazano w przypadku dyfuzji azotu na czystej i pokrytej galem powierzchni GaN(0001). Bariera wpływa na redystrybucję elektronów między stanami kwantowymi powierzchni zarówno w punktach początkowych, jak i siodłowych. W przypadku pełnego pokrycia GaN ścieżka dyfuzji przebiega od górnej konfiguracji adatomów N do miejsca H3, co odpowiada maksymalnej energii. W związku z tym bariera dyfuzji zmienia się z ΔEbar = 1,18 eV dla czystej powierzchni do ΔEbar = 0,92 eV dla (1/6) ML i ostatecznie do ΔEbar = 1,23 eV dla pełnego pokrycia Ga. Zatem minimalna bariera wynosiła ΔEbar = 0,92 eV.
