β-Ga₂O₃ 中镓空位相关电子顺磁共振中心的计算识别
材料科学
2019-05-09 v4
摘要
本文给出辐照 β-Ga₂O₃ 中 EPR 的实验/理论联合研究。在高能质子或电子辐照后观测到四个 EPR 谱，两个 S=1/2 和两个 S=1。其中一个 S=1/2 谱（EPR1）可在室温及以下观测，其自旋哈密顿量参数为 g_b=2.0313、g_c=2.0079、g_{a*}=2.0025，以及与两个等价 Ga 近邻的准各向同性超精细相互作用，在 ^{69}Ga 上约为 14 G。第二个（EPR2）在低温度下经光激发（阈值 2.8 eV）后观测到，其参数为 g_b=2.0064、g_c=2.0464、g_{a*}=2.0024，以及与两个等价 Ga 近邻的 10 G 准各向同性超精细相互作用。具有相似 g 张量和减半超精细分裂的 S=1 谱伴随上述每一个谱出现，这表明是由两个弱耦合 S=1/2 中心构成的缺陷。我们对多种本征缺陷模型的磁共振指纹进行了 DFT 计算，以将这些 EPR 中心对应到具体的缺陷构型。提出 EPR1 中心对应于两个四面体 V_Ga1 之间夹一个间隙 Ga 的复合体。该模型先前已被证明比简单四面体 Ga 空位能量更低，并且具有高于其他 V_Ga 相关模型的 2-/3- 跃迁能级，这将解释为何若费米能级大致钉扎于此能级时，其他模型已处于抗磁的 3- 态从而未被观测到。提出 EPR2 谱对应于八面体 V_Ga2。基于自俘获空穴和氧间隙原子的模型被排除，因为它们会与超过两个 Ga 核发生超精细相互作用，且无法支持相应的 S=1 中心。
引用
@article{arxiv.1808.05652,
title = {Computational identification of Ga-vacancy related electron paramagnetic resonance centers in $\beta$-Ga$_2$O$_3$},
author = {Dmitry Skachkov and Walter R. L. Lambrecht and Hans Jürgen von Bardeleben and Uwe Gerstmann and Quoc Duy Ho and Peter Deák},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.05652},
year = {2019}
}