半导体 SiGeSn 高熵合金：一项密度泛函理论研究
材料科学
2020-01-08 v1
摘要
高熵合金（HEAs）因其优异的机械性能而被深入研究，通常指具有多种等摩尔或近等摩尔元素的合金。根据此定义，具有三种 IV 族元素相等或相近浓度的 Si-Ge-Sn 合金属于 HEAs 范畴。因此，Si-Ge-Sn 合金的等摩尔元素可能使其原子结构表现出与金属 HEAs 相同的核心效应，如晶格畸变。在此我们应用密度泛函理论（DFT）计算表明，SiGeSn HEA 确实表现出大的局部畸变效应。与金属 HEAs 不同，我们的蒙特卡洛与 DFT 计算表明，由于组成元素电负性相似，SiGeSn HEA 不表现出化学短程有序，从而增加了 SiGeSn HEA 的构型熵。杂化密度泛函计算表明，SiGeSn HEA 保持半导体性，带隙为 0.38 eV，在中红外光电子学应用中具有经济且兼容的前景。我们随后研究了中性单一 Si、Ge 和 Sn 空位以及（如预期）发现空位形成能的宽泛分布的能量学，类似于金属 HEAs 中所发现的。然而，我们也发现能量分布中异常小的下界（例如，Si 空位为 0.04 eV），其源于空位附近的键重组。如此小的空位形成能及其相关的键重组保留了 SiGeSn HEA 的半导体行为，这可能是区别于金属 HEAs 的半导体 HEA 的标志性特征。
引用
@article{arxiv.1911.04677,
title = {Semiconducting SiGeSn High-Entropy Alloy: A Density Functional Theory Study},
author = {D. Wang and L. Liu and W. Huang and H. L. Zhuang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.04677},
year = {2020}
}