Structural and electronic properties of monolayer and multilayer gallium nitride crystals

Üç boyutlu (3B) galyum nitrür direkt band aralıklı bir III-V yarı iletkenidir. Bir çok olası optoelektronik uygulamasının yanında, ışık yayan diyod (LED) olarak da yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada ilk olarak 3B wurtzite ve zincblende kristal yapılarındaki GaN'ün yapısal, mekanik, ve elektronik özellikleri gelişen yöntemlerle tekrar hesaplanarak literatürdeki diğer çalışmalarla karşılaştırıldı. Daha sonra, balpeteği örgüsüne sahip iki boyutlu (2B) tek atomik katmanlı GaN'ün (g-GaN) elektronik ve mekanik özellikleri yoğunluk fonksiyonel teori (YFT) kullanılarak incelendi. Buna ek olarak, yine YFT kullanılarak iki atomik katmanlı, üçatomik katmanlı, ve çok atomik katmanlı van der Waals yapıları incelendi. Fonon analizi ve yüksek sıcaklıkta ilk prensipler moleküler dinamik hesaplarıyla yapının kararlı oldugu ve yüksek sıcaklıklarda yapısını koruduğu gösterildi. Devamında fiziksel özelliklerin boyuta bağli olarak değişimi incelendi. 3B GaN direkt bant aralıklı bir yarı iletken olmasina karşılık, 2B GaN görece daha geniş ve indirekt bir bant aralğına sahiptir. Buna ek olarak 2B GaN daha yüksek Poisson katsayısına sahiptir ve katyondan anyona daha az yük geçişi sergilemektedir. g-GaN icin öngörülen özelliklerini, bu yapı metalik ya da yarı iletken bir alttaş üzerinde büyütüldüğü takdirde de koruyacağı gösterilmiştir. özel olarak, g-GaN büyütmek için 3B atomik katmanlı mavi fosforun uygun bir alttaş olacağı öngörülmüştür. Elektronik özelliklerin katman sayısına bağlı olarak kontrol edilebildiği, ve katman sayısı arttıkça bant aralığının azaldığı ve indirekt bant aralığından direkte geçildiği gösterilmiştir. Bu çalismanın nanoelektronik uygulamalarda geniş bir kullanım alanı olacağı düşünülen g-GaN'ın büyütülmesi yönünde yardımcı olması umulmaktadır.