电子-声子相互作用对 IV 族半导体多晶型总能量的贡献：评估与启示
材料科学
2023-04-07 v4
摘要
在基于密度泛函理论（DFT）的总能量研究中，为获得多晶型之间的能量差，需包含范德华（vdW）和零点振动能（ZPVE）修正项。我们提出并计算了由电子-声子相互作用（EPI）引起的新的总能量修正项。我们依据 Allen 的一般形式体系，其超越准谐近似（QHA），以包含准粒子相互作用引起的自由能贡献。我们表明，对于半导体和绝缘体，电子和声子的 EPI 自由能贡献即为相应的零点能贡献。结合 Allen-Heine 的 EPI 修正理论，使用 Allen 形式体系的一种近似版本，我们计算了碳、硅和碳化硅的立方与六方多晶型的零点 EPI 总能量修正。EPI 修正改变了多晶型之间的能量差。在 SiC 多晶型中，EPI 修正项比 vdW 和 ZPVE 项对晶体结构更敏感，因而对确定其能量差至关重要。它明确确立了立方 SiC-3C 为亚稳态，而六方 SiC-4H 为稳定多晶型。我们的结果与 Kleykamp 的实验结果一致。本研究使得在自由能表达式中将 EPI 修正作为独立项纳入成为可能。这为通过包含 EPI 对所有热力学性质的贡献而超越 QHA 开辟了道路。
引用
@article{arxiv.2204.08321,
title = {Electron-phonon interaction contribution to the total energy of group IV semiconductor polymorphs: evaluation and implications},
author = {R. Arjun Varma and Shilpa Paul and Anup Itale and Pranav Pable and Radhika Tibrewala and Samruddhi Dodal and Harshal Yerunkar and Saurav Bhaumik and Vaishali Shah and M. P. Gururajan and T. R. S. Prasanna},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.08321},
year = {2023}
}
备注
30 pages and 2 figures