Физико-химические условия устойчивости нанослоев арсенида галлия и его изоэлектронных аналогов, легированных марганцем

Abstract

In this paper research of stability of nanolayers of manganese doped materials of AIIIBV and AIIBIVСV2 types holding much promise as spintronic semiconductor compounds is described. The method of non-local density functional has been applied to calculate bonding energies {εij (r)} in atomic pairs for structures of AIIIBV and AIIBIVСV2 types and for MnAs. According to the calculations of internal energy, entropy and free energy of Helmholtz (Т = 298К), in the context of used models, addition of manganese to the arsenide’s AIIIBV and AIIBIVСV2 nanolayers affects its stability in different ways depending on its morphology and substitution mode. However, a critical instability in nanofilm leading to the tendency of growing of a new phase germ may be formed under any manganese concentrations. This leads to deterioration of electrophysical parameters of magnetic semiconductor compounds that is agreed with experimental data.

В работе представлено исследование устойчивости нанослоев полупроводниковых соединений типа AIIIBV и AIIBIVСV2 легированных марганцем. Для расчета параметров {εij (r)}- энергий связей пар атомов в структурах - AIIIBV и AIIBIVСV2 и MnAs использовался метод нелокального функционала плотности. Расчеты внутренней энергии, энтропии и свободной энергии Гельмгольца (Т = 298К) в рамках заявленных моделей свидетельствуют о том, что введение марганца в нанопленки арсенидов AIIIBV и AIIBIVСV2 по-разному сказывается на их устойчивости в зависимости от морфологии и модели замещения. Однако при любых концентрациях марганца возможно образование критической неустойчивости в наноплёнке и появление термодинамической тенденции в сторону роста зародыша новой фазы MnAs, что ведёт к ухудшению электрофизических параметров магнитного полупроводника в согласии с экспериментальными данными.