Propiedades electrónicas, estructurales y químicas del cúmulo de Ga12As12 dopado con impuresas metálicas y no metálicas

Abstract

En este trabajo se estudian, por métodos teórico-computacionales, las propiedades generadas por la sustituci ón de un átomo en el cúmulo de Ga12As12 por algún otro átomo de distinta naturaleza. Se pretende tratar de identi car los cambios más importantes en las propiedades estructurales, electrónicas, magnéticas y químicas del cúmulo tras el dopaje con impurezas del grupo p y del grupo d, las cuales se han reportado previamente en la literatura como aquellas con las que el GaAs tiene a nidad compatible. El cúmulo de Ga12As12 fue seleccionado para este estudio dado que, por una parte, son pocos los trabajos que se proponen el estudio de cúmulos semiconductores con estructuras de tipo caja (como lo es el Ga12As12) dopados, por otra parte, la estructura de éste cúmulo es tal que permite establecer dos tipos de dopaje; escencialmente aquel en el que se sustituyen átomos de Ga y el otro, en el que se sustituyen átomos de As. Para el estudio de los sistemas de interés, se utilizó la teoría de funcionales de la densidad (DFT, por sus siglas en inglés), bajo el formalismo de la aproximación de gradiente generalizado (GGA, por sus siglas en inglés) y utilizando el funcional de clase PBE (Perdew, Burke y Ernzerhof) y la base DZP (doble-z polarizada) implementada en el software SIESTA, y la base TZ2P (triple-z doblemente polarizada) implementada en el software ADF. Los resultados del estudio revelan que los sitios que tienen preferencia energética frente al dopaje, son los sitios en los que se sustituyen los átomos de Ga. Las impurezas atómicas dopantes tienen efectos importantes en la estructura del cúmulo de Ga12As12, creando deformaciones locales en la super cie del cúmulo. En algunos casos, dopaje con las impurezas del grupo d, favorece la formación de estructuras del tipo endoédricas. Las propiedades físicas y químicas de los cúmulos tienen variaciones que dependen tanto del tipo de átomos dopantes como del sitio de dopaje. El presente trabajo aporta información teórica nueva sobre los sistemas moleculares propuestos, los cuales no cuentan con antecedentes experimentales, o bien, no han sido explorados del todo con los métodos teóricocomputacionales.

In this work, we study, by means of theoretical-computational methods, the properties generated by exchange of one atom in the Ga12As12 cluster for another of di erent chemical nature. It is itended to try to identify the most important changes in the structural, electronic, magnetic and chemical properties of the GaAs cluster after doping it with atoms of p and d groups, which have been previously reported in the literature as those with which GaAs has compatible a nity. The Ga12As12 cluster was selected for this study, because there are few works that propose the study of semiconductor cluster with doped cage-like structures. On the other hand, the structure of this cluster allows two kind of doped structures, escentially, that in which Ga atoms are sustituted, and that in which As atoms are sustituted. For this study, we employed the Densisty Functional Theory (DFT), under the formalism of the generalized gradient aproximation (GGA), and using the PBE functional (Perdew, Burke y Ernzerhof), and DZP (doublez plus polarization) basis set in SIESTA software or the TZ2P (triple-z plus double polarization) basis set in ADF software. The results of this study reveals that the prefered sites for doping are those in which the Ga atom is substituted, those sites have energetic preference. Doped atomic impurities have important e ects in the structure of the Ga12As12 cluster, creating local deformations in the cluster surface. In some cases, the doped d-group impurities promotes the formation of endohedral-type structures. The physical and chemical properties of the clusters have variations that depend mainly on the type of doping atoms and the doping site.