研究目的
采用第一性原理计算研究纤锌矿和闪锌矿结构GaN晶体在不同静水压下的力学与电子性质。
研究成果
该研究表明，纤锌矿和闪锌矿结构的氮化镓晶体的力学与电子特性受静水压力影响显著。随着压力增大，体积模量升高而剪切模量降低，导致材料延展性发生变化。氮化镓晶体的带隙随压力增加而增大，其中闪锌矿结构氮化镓表现出更大的压力系数。该研究揭示了氮化镓晶体在压力作用下的各向异性行为特征。
研究不足
该研究仅限于理论计算，未包含实验验证。静水压力范围高达40吉帕，研究聚焦于氮化镓的两种特定晶体结构。
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压力对纤锌矿和闪锌矿结构GaN晶体力学与电子性质的影响
DOI：10.3390/cryst8110428
期刊：Crystals
出版年份：2018
更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要：
采用第一性原理计算方法研究了纤锌矿和闪锌矿两种GaN晶体在不同静水压力下的力学与电学性质。结果表明：本研究的两种GaN晶体晶格常数与既往实验值吻合良好，在高达40 GPa的静水压力下均保持稳定。压力对两种GaN晶体晶胞体积和平均Ga-N键长的影响趋势高度相似——随压力增大，体积模量持续升高而剪切模量持续降低，导致两种GaN多晶体的体积模量/剪切模量比值显著增大。与体积模量和剪切模量的单调变化不同，两种GaN多晶体的弹性模量可能随压力先增后减。零压状态下两种GaN晶体均为脆性材料，但在高压下可能呈现延性特征。此外，压力会增强GaN晶体的弹性各向异性，且两种GaN单晶的各向异性因子差异显著（其中体积模量基本无各向异性，闪锌矿GaN尤为明显）。虽然两种GaN单晶的弹性模量、剪切模量和泊松比均呈现明显方向依赖性，但体积模量不存在各向异性。研究还发现GaN晶体的带隙随压力升高而增大，且闪锌矿GaN具有更大的压力系数。为深入理解压力对带隙的影响，本研究同步分析了GaN晶体的能带结构和态密度(DOS)。
作者：
Hongbo Qin，Ping Zhang，Tianfeng Kuang，Xinghe Luan，Wangyun Li，Jing Xiao，Daoguo Yang，Guoqi Zhang
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