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碲化镉中碲空位的对称性与热力学

DOI：10.1016/j.physb.2019.01.013 期刊：Physica B: Condensed Matter 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 采用半局域和杂化密度泛函重新研究了基于密度泛函理论预测的碲化镉中阴离子空位的平衡几何结构与热力学性质。我们发现，只有在系统考察多种初始构型后才能找到不同电荷态下的稳定构型。具有闭壳层电子结构的稳定电荷态（0和2+）不存在深能隙能级：2+电荷态呈现Td对称性并伴随向外弛豫，而中性态则是C2v与C3v对称性构型的能量简并混合体（两者能量相同且能垒可忽略），因此中性态实际表现为有效Td对称性。D2d等不同对称性的构型可能以亚稳态形式存在。研究表明某些构型可能因以下因素呈现假性稳定：广义梯度近似导致的能隙误差、小超胞中的k点采样不足或初始构型选择范围受限。我们认为HSE06杂化泛函能获得准确的形成能与几何结构。通过分析自旋轨道耦合与GW准粒子修正对HSE06结果的影响，发现不存在定性差异——这两种修正对HSE06能量存在部分抵消效应。最后研究的双空位VCdVTe显示：形成能计算表明中性电荷态的孤立碲空位仅能在缺碲生长条件下出现，且与双空位共存。
作者： E. Menéndez-Proupin，M. Casanova-Páez，A.L. Montero-Alejo，M.A. Flores，W. Orellana
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用半局域和杂化泛函的密度泛函理论，重新研究碲化镉中碲空位的平衡几何结构与热力学性质，并探究其稳定构型、形成能及计算参数的影响。

研究成果

研究表明，碲化镉（CdTe）中的碲空位在中性态和二价正电荷态下具有稳定的闭壳层电子结构配置，且不会在带隙中形成深能级。中性态由于C2v和C3v构型间存在较低能垒，展现出有效的Td对称性。计算参数（如k点采样和泛函选择）对结果影响显著。在碲贫条件下，孤立的中性空位与双空位共存；而在碲富条件下，空位主要以双空位形式存在。HSE06泛函能提供准确的形成能，且自旋轨道耦合（SOC）与GW修正效应部分相互抵消。

研究不足

该研究依赖于计算方法，这些方法可能存在固有近似，例如泛函中的带隙误差。虽然超胞尺寸较大，但可能无法完全消除所有尺寸效应。仅使用Γ点采样可能无法捕捉所有电子结构细节，且准粒子校正在弛豫后应用。由于当前能力限制，未计算振动非谐态。

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