JAIST Repository: 分子動力学法によるPb1-xGexTeの局所格子緩和シミュレーション

全文

(1)JAIST Repository https://dspace.jaist.ac.jp/. Title. 分子動力学法によるPb1-xGexTeの局所格子緩和シミュレーション. Author(s). 丸山, 志乃. Citation Issue Date. 2001-03. Type. Thesis or Dissertation. Text version. none. URL. http://hdl.handle.net/10119/2775. Rights Description. Supervisor:片山信一, 材料科学研究科, 修士. Japan Advanced Institute of Science and Technology.

(2) A19p7. 分子動力学法による. Pb1 Ge Te の局所格子緩和シミュレーション x. x. 丸山志乃（片山研究室）. . 狭いエネルギーギャップ（ 0.3eV）を持つ PbTe、SnTe、GeTe 半導体は、赤外線レーザーや検知器の素材として注目を集めてきた。これらの化合物は、相互に混晶化すると、低温で NaCl 構造から菱面体構造へ転移し、強誘電性を発現する非常に興味深い系でもある。ところで Pb1 x Snx Te、 Sn1 x Gex Te では、種々の物性量や相転移特性が、ほぼべガード則に従う組成変化を示すのに反し、Pb1 x Gex Te は Ge 含有量の小さい範囲で特異な組成依存性を有することが知られている。これは Pb2+ (1.2 Å) と Ge2+ (0.73 Å) イオン半径の大きな差から生じると考えられている。本研究の目的は、分子動力学法を用いて、Pb1 x Gex Te の格子緩和のシミュレーションを行い、特に Ge イオン近傍の様子を探ることにある。本研究では、完全イオン性ポテンシャルを採用した。これは各粒子を完全な球形イオンと仮定し、2 つの粒子間に働く相互作用を静電項と近接反発項からなるとしたもので、 2. uij. =. zi zj e rij. ai + aj rij bi + bj. + f0 (bi + bj )exp. と表される。右辺第 1 項が静電項で、第 2 項が近接反発項を示す。ai はイオン半径に比例する定数で Pb2+ 、Ge2+ 、Sn2+ 、Te2 の順でそれぞれ a =1.450、0.966、1.300、2.352、bi は球の軟らかさのパラメータで、各イオン同一の b =0.080 を用いた。粒子数 512 個、基本セルとして結晶単位格子長を各方向に 4 倍したものを採用し、温度を 300K と仮定した。図 1 の上 (下) パネルには Pb0:9 Ge0:1 Te(Pb0:9 Sn0:1 Te) の 2 体相関関数を示す。2.5 から 3.5 Åの範囲に現れるピーク構造は、 Pb-Te、Ge-Te(Sn-Te) ボンドの分布であり、結晶の第 1 隣接に対応する。4.0 から 5.0 Åの範囲に来るのは、Te-Te,Pb-Pb,Ge-Ge,Pb-Ge(Sn-Sn,Pb-Sn) 対の空間分布を表し、第 2 隣接位置に対応する。図 2 の上（下）パネルでは、2 体相関関数から得た Pb0:9 Ge0:1 Te(Pb0:9 Sn0:1 Te) の最隣接ボンド長の組成変化を示す。また、各ボンド長につけた縦棒は図 1 の 2 体相関関数における分布の広がりを示す。この結果から、Sn と比べて Ge が Pb サイトから 0.3 から 0.5 Åの範囲で大きく動いてることが期待される。 3.3. 50. 3.25. 40. Pb-Pb. 30. Ge-Ge. bond length (rij). Pari correlation function. 60. Pb-Pb Ge-Pb. Pb-Te Te-Te. 20 10. Ge-Te. 0 2.5. Ge-Ge 3. 3.5. 4. Te-Te 4.5. 3.15 3.1 3.05. Ge-Te bond. 3. +xrGe Te. 2.9. 5. 0. 0.2. 0.4. 0.6. mole fraction GeTe. 0.8. 1. x. 3.3. 60. 3.25. 50 40. bond length (rij). Pb-Pb Pb-Te. 30 20 10. Sn-Pb Sn-Sn. Sn-Te. Te-Te. Pb-Te bond. 3.2 3.15. r=(1-x)rPbTe+xr. GeTe. 3.1 Sn-Te bond. 3.05 3. Pb1-xSnxTe. 2.95 2.9. 0 2.5. 3. 3.5. 4. 4.5. 5. 0. 0.2. Distance r (Έ). 図 1: Pb1. r=(1-x)r. PbTe. Pb1-xGexTe. 2.95. Distance r (Έ) Pari correlation function. Pb-Te bond. 3.2. x. Gex Te,Pb1. keywords Pb1. x. x. Snx Te の 2 体相関関数. Gex Te,. 0.6. 0.8. 1. x. 図 2: Ge,Sn の局所ボンド長の濃度依存性. 分子動力学シミュレーション, 局所緩和. Copyright c 2001 by Shino Maruyama. 0.4. mole fraction SnTe.

(3)