Atomstruktur för γ-Ga2 O3 . a) Schematisk representation av kristallstrukturen med inekvivalenta Ga-positioner givna nummer (1,3) för tetraedrisk Td och (2,4) för oktaedrisk Oh prästvigning. b,c) Atomupplösningsbild av γ-Ga2 O3 kristalliserade på ett safirsubstrat. b) Högupplöst faskontrastbild längs [110]-projektionen. Insatsen visar en utökad vy samt en bildsimulering. Den senare är överlagd med en atommodell (röda atomer är syre, gröna och blå är fyrfaldigt och sexfaldigt koordinerade Ga-atomer. c) STEM högvinkel ringformig mörkfältsbild av samma område. De ljusa atomerna motsvarar Ga. En atommodell läggs över bilden. Bildmönstret fluktuerar mellan en enkel periodicitet och en dubbel periodicitet längs strukturens (111) plan. Insatsen visar detaljer i mikroskopibilden som motsvarar en ockupation som liknar den för β-strukturen i <132> projektionen (dubbel periodicitet, vänster insättning) och till en ockupation av γ-strukturen längs <110> projektionen (enkel) periodicitet, höger infälld). Figur 1a bereddes med hjälp av VESTA-mjukvarupaketet. Kredit:Avancerat material (2022). DOI:10.1002/adma.202204217
Forskare vid University of Liverpool, University of Bristol, University College London (UCL) och Diamond Light Source har utvecklat ny förståelse för galliumoxid genom att kombinera en maskininlärningsteoretisk metod med experimentella resultat.
I en artikel publicerad i tidskriften Advanced Materials , använde forskare en kombination av teoretiska tillvägagångssätt och maskininlärningstekniker för att identifiera nyckelegenskaperna hos galliumoxid, ett material som har lovande tillämpningar inom kraftelektronik och solblinda fotodetektorer.
Galliumoxid utgör en särskild utmaning för syntes, karakterisering och teori på grund av dess inneboende störning och resulterande komplexa struktur-elektroniska struktursamband.
Den har fem olika faser eller kristallstrukturer, kända som alfa, beta, gamma, delta och epsilon. Gammafasen misstänktes först existera 1939, men den förblev i stort sett svårfångad fram till 2013 då fler detaljer om dess struktur hittades med neutrondiffraktion. Den har fyra likvärdiga galliumgitterplatser som delvis är upptagna i en inneboende oordnad struktur, så att den, trots sin bedrägligt enkla kubiska symmetri, i själva verket är oerhört komplex. Det enorma antalet möjliga kristallstrukturer omöjliggör konventionella teoretiska tillvägagångssätt.
Huvudförfattaren till studien, Dr Laura Ratcliff från University of Bristols Center for Computational Chemistry, sa:"För att ta itu med utmaningen med att utveckla en robust atomistisk modell kombineras första principberäkningar med maskininlärning för att screena nästan en miljon möjliga strukturer under 160 -atomceller. De förutsagda lågenergikonfigurationerna ger en bra beskrivning av experimentdata, medan tydliga avvikelser hittas för de högre energikonfigurationerna, vilket bekräftar att dessa inte är en realistisk beskrivning av störningen i gamma-galliumoxid."
Dr Anna Regoutz vid Institutionen för kemi vid UCL sa:"Våra data från Diamond Light Source och från medarbetare runt om i världen var avgörande för att validera de teoretiska fynden."
Tim Veal, professor i materialfysik vid University of Liverpool, sa:"Denna detaljerade förståelse av inverkan av strukturell störning på den elektroniska strukturen av gamma-galliumoxid är avgörande för att tillhandahålla en fast kunskapsbas för detta och andra oordnade material. möjliggör ytterligare optimering och implementering över olika tillämpningar av detta och relaterade material."
Dr. Leanne Jones, en Ph.D. Student från University of Liverpools institution för fysik och Stephenson Institute for Renewable Energy som arbetade med studien, sa:"Denna forskning tar upp en lucka i vår förståelse av detta material och kommer att hjälpa gamma-galliumoxid att nå sin potential i tillämpningar. " + Utforska vidare
