层状多组分宽带隙氧化物的电子性质：一种组合方法

采用第一性原理密度泛函方法，研究了十二种具有层状结构的多组分氧化物 RAMO$_4$ 的结构、电子和光学性质，其中 R$^{3+}$=In 或 Sc；A$^{3+}$=Al 或 Ga；M$^{2+}$=Ca、Cd、Mg 或 Zn。RAMO$_4$ 的组分复杂性导致其带隙值范围很广，从 InGaCdO$_4$ 的 2.45 eV 到 ScAlMgO$_4$ 的 6.29 eV。引人注目的是，尽管各氧化物组分的带隙不同，例如 CdO、In$_2$O$_3$ 或 ZnO 为 2-4 eV；Ga$_2$O$_3$ 或 Sc$_2$O$_3$ 为 5-6 eV；CaO、MgO 或 Al$_2$O$_3$ 为 7-9 eV，但多组分氧化物中导带底由所有阳离子的 s 态及其邻近氧的 p 态构成。我们表明，多组分氧化物中导带的杂化性质源于 A$^{3+}$ 和 M$^{2+}$ 阳离子不寻常的五重原子配位，这使得空间上扩展的相邻阳离子 s 轨道能够通过共享的氧原子发生相互作用。本文深入讨论了局域原子配位对带隙、电子有效质量、导带的轨道组成以及层状 RAMO$_4$ 中电子输运预期的（各向）异性特征的影响。