【外延论文】利用第一性原理计算研究掺镁 β-Ga₂O₃ 的电子结构、光电和热力学性质

        由辽宁师范大学的研究团队在学术期刊 Vacuum 发布了一篇名为 Investigation of electronic structure, photoelectric and thermodynamic properties of Mg-doped β-Ga₂O₃ using first-principles calculation（利用第一性原理计算研究掺镁 β-Ga₂O₃ 的电子结构、光电和热力学性质）的文章。

摘要

        使用基于密度泛函理论的 GGA+U 方法，系统研究了 Mg 掺杂浓度对 Mg 掺杂 β-Ga₂O₃ 电子结构、光电和热力学性质的影响。结果表明，Mg 原子优先替代八面体位点的 Ga（2）原子，这一结果通过形成能分析得到了进一步支持。随着 Mg 掺杂浓度的增加，晶格常数和体积呈现增加趋势，而 β 角度则减小。Mg 掺杂在能带中引入了新的杂质能级，导致禁带宽度的增大，并且在费米能级附近出现 100% 的自旋极化状态。Mg 和 O 原子之间形成的共价键显示出强烈的离子特性，同时其结合强度相对较弱。此外，Mg 掺杂导致吸收边缘发生蓝移，并伴随介电常数的虚部变化。Mg 掺杂增强了 β-Ga₂O₃ 的比热容，其中 Mg_0.06Ga_1.94O₃ 表现出最佳的比热容特性。随着 Mg 掺杂浓度的增加，自由能下降率逐渐增大，表明 β-Ga₂O₃ 的热力学稳定性得到增强。这些发现为 Mg 掺杂对 β-Ga₂O₃ 的影响提供了宝贵的见解，并加深了对其作用机制的理解。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2025.114145