Structural, Electronic and Magnetic Properties of Ga1-× Fe× N Alloys (X=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) in Zincblende Structure– First Principle Study)
Date
2009
Authors
Mahmoud Mohammad Ahmad Eissa
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
A First-Principles method is used to calculate the electronic, structural, and magnetic properties of the semiconductors FexGa1-xN alloys by taking the concentrations
x= 0 , 0.25 , 0.50 , 0.75, 1.0 in the zincblende structure (ZB), using a self-consistent full-potential linearized augmented plane-wave (FP-LAPW) method within the local-spin-density functional approximation (LSDA) and the generalized gradient approximation (GGA).
The program used in our calculation is WIEN2K-code, which is written in Fortran 90 that works under Linux system.
The evolution of the band structure was studied in addition to the magnetic moment as a function of the lattice parameter of the FeN compounds and the ternary alloys FexGa1-xN .
It is found that the binary GaN has a (г-г) direct band gap energy ~ 1.9 eV, and a (г-x) indirect band gap energy ~3.2658eV using LSDA method, it is a semiconductor with no magnetic moment for the zincblende structure.
It is found also that the band gap energy of the ternary alloys FexGa1-xN depend strongly on the concentration of Fe.
The binary compound FeN is found to be non magnetic, while the total magnetic moment of the ternary alloys FexGa1-xN depend on the concentration of Fe.
The lattice constant and the total magnetic moments of the ternary alloys FexGa1-xN calculated using GGA method and found to be larger than those obtained using LSDA, while the bulk modulus for the ternary alloys exGa1-xN obtained using GGA method are found to be smaller than those obtained usingLSDA.
نقدم في هذه الأطروحة حساب الخصائص المغناطيسية والالكترونية والتركيبيةللمخاليط المغناطيسية Ga1-xFexN في حالة التركيب البلوري زنك بلند لتركيز x= (0, 0.25, 0.50, 0.75, 1) وذلك باستخدام طريقة الموجات المستوية المعدلة الخطية لجهد تام (FP-LAPW) . لقد تم استخدام تقريب الكثافة المغزلية الموضعية (LSDA) وتقريب الميل الاتجاهي المعمم (GGA) للجهد التبادلي الترابطي. البرنامج المستخدم في حساباتنا هو (WIEN2K-code) وهو برنامج خاص مكتوب بلغة فورتران 90 (Fortran 90) على نظام التشغيل لينكس (Linux). لقد درسنا تطور البنية لحزم الطاقة والعزم المغناطيسي واعتمادها على ثابت الشبكة للمركب نترات الحديد FeN والمخلوط الثلاثي Ga1-xFexN. أظهرت الدراسة الحالية بأن المركب GaN ذو فجوة طاقة مباشرة مقدارها 1.9 الكترون فولت(г-г) وفجوة طاقة غير مباشرة مقدارها 3.2658الكترون فولت(г-x)  وهو مادة شبه موصلة ولا يمتلك الخصائص المغناطيسية في التركيب البلوري الحالي. تم الحصول على فجوة طاقة متباينة للمخلوط الثلاثي Ga1-xFexN وتبين بأنها تعتمد على تركيز مادة الحديد Fe. لا يوجد عزم مغناطيسي لمركب نترات الحديد FeN عند حالة الاتزان الحجمي، ولكن العزم المغناطيسي للمخلوط Ga1-xFexNيعتمد مقداره على نسبة تركيز الحديد فهو يتزايد من التركيز x=0 الىx=0.5 ثم يتناقص الى التركيز x=1. وجد أن قيمة ثابت الشبكة (lattice constant) وكذلك العزم المغناطيسي للمخلوط Ga1-xFexN اكبر باستخدام التقريب (GGA) بالمقارنة مع ما وجد باستخدام التقريب (LSDA) والعكس لمعامل الصلابة (Bulk modulus).
نقدم في هذه الأطروحة حساب الخصائص المغناطيسية والالكترونية والتركيبيةللمخاليط المغناطيسية Ga1-xFexN في حالة التركيب البلوري زنك بلند لتركيز x= (0, 0.25, 0.50, 0.75, 1) وذلك باستخدام طريقة الموجات المستوية المعدلة الخطية لجهد تام (FP-LAPW) . لقد تم استخدام تقريب الكثافة المغزلية الموضعية (LSDA) وتقريب الميل الاتجاهي المعمم (GGA) للجهد التبادلي الترابطي. البرنامج المستخدم في حساباتنا هو (WIEN2K-code) وهو برنامج خاص مكتوب بلغة فورتران 90 (Fortran 90) على نظام التشغيل لينكس (Linux). لقد درسنا تطور البنية لحزم الطاقة والعزم المغناطيسي واعتمادها على ثابت الشبكة للمركب نترات الحديد FeN والمخلوط الثلاثي Ga1-xFexN. أظهرت الدراسة الحالية بأن المركب GaN ذو فجوة طاقة مباشرة مقدارها 1.9 الكترون فولت(г-г) وفجوة طاقة غير مباشرة مقدارها 3.2658الكترون فولت(г-x)  وهو مادة شبه موصلة ولا يمتلك الخصائص المغناطيسية في التركيب البلوري الحالي. تم الحصول على فجوة طاقة متباينة للمخلوط الثلاثي Ga1-xFexN وتبين بأنها تعتمد على تركيز مادة الحديد Fe. لا يوجد عزم مغناطيسي لمركب نترات الحديد FeN عند حالة الاتزان الحجمي، ولكن العزم المغناطيسي للمخلوط Ga1-xFexNيعتمد مقداره على نسبة تركيز الحديد فهو يتزايد من التركيز x=0 الىx=0.5 ثم يتناقص الى التركيز x=1. وجد أن قيمة ثابت الشبكة (lattice constant) وكذلك العزم المغناطيسي للمخلوط Ga1-xFexN اكبر باستخدام التقريب (GGA) بالمقارنة مع ما وجد باستخدام التقريب (LSDA) والعكس لمعامل الصلابة (Bulk modulus).