Gd₃Ga₅O₁₂-дағы дефект жағдайларын және 4f-электрондардың рөлін DFT әдістерімен модельдеу

Аңдатпа

Гадолиний-галлий гранаты (Gd₃Ga₅O₁₂, GGG) – лазерлік жүйелерде, магнитоптикалық құрылғыларда және радиацияға төзімді электроникада кең қолданылатын маңызды синтетикалық кристалл. Оның электрондық құрылымын және дефекттік жағдайларын терең түсіну оптикалық және функционалдық қасиеттерін оңтайландыру үшін қажет. Бұл жұмыстың мақсаты – DFT (функционал тығыздығы теориясы) әдістерін қолдана отырып, GGG-де 4f-электрондардың және оттекті вакансийлардың зоналық құрылым мен оптикалық қасиеттерге әсерін зерттеу. Есептеулер VASP пакетінде GGA-PBE, SCAN, mBJ және гибридтік HSE06 функционалдарын пайдалана отырып жүргізілді. Салыстырмалы талдау көрсетті: Gd³⁺ 4f-электрондары энергетикалық щельдің ені мен тығыздыққа елеулі әсер етеді; олардың қосылуы валенттілік зонасының шетінде локализацияланған деңгейлерді қалыптастырып, щельді тарылтады, ал олардың алынуы щельді артық бағалап, локал эффектілерді көрсетпейді. Заряждалған [GGG]²⁺ вакансийлары Ферми деңгейін өзгертсе де, дефект деңгейлерін қалыптастырмайды, ал нейтралды [GGG]⁰ вакансийлары щель ішінде локализацияланған күй қалыптастырады, бұл кристаллдың мөлдірлігін төмендетіп, оптикалық қасиеттерін нашарлатады.

Алынған нәтижелердің фундаменталды және қолданбалы мәні бар. Ғылыми тұрғыдан – олар Gd 4f-электрондарының гранаттардағы рөлін және оттекті дефекттердің әсер ету механизмін нақтылайды. Практикалық тұрғыдан – радиациялық төзімділікті болжау және жаңа буын оптикалық материалдарды жобалау негізін береді. Жұмыс дефекттік жағдайларды физикасы және функционалдық кристалдарды теориялық модельдеу саласына үлес қосады.