Estructura atómica de γ-Ga2 O3 . a) Representación esquemática de la estructura cristalina con posiciones de Ga no equivalentes dados los números (1,3) para el tetraédrico Td y (2,4) para Oh octaédrico ordenación. b,c) Imagen de resolución atómica de γ-Ga2 O3 cristalizado sobre un sustrato de zafiro. b) Imagen de contraste de fase de alta resolución a lo largo de la proyección [110]. El recuadro muestra una vista ampliada, así como una simulación de imagen. Este último está superpuesto con un modelo atómico (los átomos rojos son oxígeno, el verde y el azul son átomos de Ga coordinados cuádruple y séxtuple). c) Imagen anular de campo oscuro de ángulo alto STEM de la misma área. Los átomos brillantes corresponden a Ga. Un modelo atómico se superpone a la imagen. El patrón de la imagen fluctúa entre una periodicidad simple y una periodicidad doble a lo largo de los (111) planos de la estructura. El recuadro muestra detalles de la imagen de microscopía que corresponden a una ocupación similar a la de la estructura β en la proyección <132> (doble periodicidad, recuadro izquierdo) y a una ocupación de la estructura γ a lo largo de la proyección <110> (simple periodicidad, recuadro derecho). La figura 1a se preparó utilizando el paquete de software VESTA. Crédito:Materiales avanzados (2022). DOI:10.1002/adma.202204217
Investigadores de la Universidad de Liverpool, la Universidad de Bristol, el University College London (UCL) y Diamond Light Source han desarrollado una nueva comprensión del óxido de galio al combinar un enfoque teórico de aprendizaje automático con resultados experimentales.
En un artículo publicado en la revista Advanced Materials , los investigadores utilizaron una combinación de enfoques teóricos y técnicas de aprendizaje automático para identificar las características clave del óxido de galio, un material que tiene aplicaciones prometedoras en electrónica de potencia y fotodetectores ciegos a la luz solar.
El óxido de galio presenta un desafío particular a lo largo de la síntesis, la caracterización y la teoría debido a su desorden inherente y la relación estructura compleja resultante:estructura electrónica.
Tiene cinco fases o estructuras cristalinas diferentes, conocidas como alfa, beta, gamma, delta y épsilon. Se sospechó por primera vez que la fase gamma existía en 1939, pero siguió siendo esquiva hasta 2013, cuando se encontraron más detalles de su estructura mediante la difracción de neutrones. Tiene cuatro sitios de red de galio no equivalentes que están parcialmente ocupados en una estructura inherentemente desordenada, de modo que, a pesar de su simetría cúbica engañosamente simple, es de hecho inmensamente compleja. La enorme cantidad de estructuras cristalinas posibles hace que los enfoques teóricos convencionales sean imposibles.
La autora principal del estudio, la Dra. Laura Ratcliff del Centro de Química Computacional de la Universidad de Bristol, dijo:"Para abordar el desafío de desarrollar un modelo atomístico robusto, los cálculos de los primeros principios se combinan con el aprendizaje automático para detectar casi un millón de estructuras posibles en 160 -células atómicas. Las configuraciones de baja energía pronosticadas proporcionan una buena descripción de los datos experimentales, mientras que se encuentran claras desviaciones para las configuraciones de mayor energía, lo que confirma que estas no son una descripción realista del trastorno en el óxido de gamma-galio".
La Dra. Anna Regoutz del Departamento de Química de UCL dijo:"Nuestros datos de Diamond Light Source y de colaboradores de todo el mundo fueron cruciales para validar los hallazgos teóricos".
Tim Veal, profesor de Física de Materiales en la Universidad de Liverpool, dijo:"Esta comprensión detallada de la influencia del desorden estructural en la estructura electrónica del óxido de gamma-galio es crucial para proporcionar una base de conocimiento firme para este y otros materiales desordenados". permite una mayor optimización e implementación en diferentes aplicaciones de este y otros materiales relacionados".
Dra. Leanne Jones, Ph.D. estudiante del Departamento de Física de la Universidad de Liverpool y el Instituto Stephenson de Energía Renovable que trabajó en el estudio, dijo:"Esta investigación aborda una brecha en nuestra comprensión de este material y ayudará al óxido de gamma-galio a alcanzar su potencial en aplicaciones. " Herramienta MOCVD para avanzar en la investigación de semiconductores de óxido de galio
