Розрахунки з перших принципів електронних властивостей гетероструктур на основі ZnO/GaN

Гетероструктури на основі ZnO/GaN є перспективними матеріалами для сонячних елементів, світлодіодів та фотокаталітичних пристроїв завдяки ширині забороненої зони базових сполук, з яких сформована гетероструктура, що відповідає довжині видимого світла, і привертають значну увагу дослідників протягом останніх десяти років. В цьому дослідженні ми представляємо результати розрахунків з перших принципів, в межах теорії функціонала густини, структурних та електронних властивостей об’ємних кристалів ZnO, GaN, а також гетероструктури на їхній основі. З метою точнішого опису електронних властивостей досліджуваних об’єктів використано наближення узагальненого градієнта з поправками Габбарда (GGA + U). Отримані результати розрахунків для об’ємних кристалів ZnO та GaN показують відмінне узгодження експериментальних даних з результатами наших теоретичних розрахунків щодо енергетичного положення основних смуг в кристалах, розміщення яких є визначальним для точного визначення усередненого електростатичного потенціалу. Розрахунки параметрів ґратки з використанням методу GGA + U показують відхилення від експериментальних даних в межах 0,5 %, що підтверджує надійність цього методу. Також слід відмітити не лише точність отриманих результатів, а й низьку ресурсозатратність цього методу в порівнянні з, наприклад, гібридними методами. Оптимізацію структури та електронні властивості гетероструктури ZnO/GaN розраховано тим самим методом, що й для об’ємних кристалів. На основі отриманої зонної діаграми гетеропереходу визначено відносні розриви електронних зон гетероструктури ZnO/GaN. Проведений аналіз отриманих результатів показує відмінне узгодження з даними експериментів і попередніх теоретичних розрахунків. Таким чином, ми отримали високоефективний метод розрахунку відносних розривів електронних зон гетероструктури ZnO/GaN, який дає високу точність при раціональній ресурсозатратності.