حول تأثير إضافة النيتروجين والألمنيوم على استقرار أنواع البوليمر من كربيد السيليكون: رؤى من حسابات المبادئ الأولى

الملخص يمكن أن يشكل كربيد السيليكون (SiC) العديد من الأنواع المختلفة من البوليمر، لكن ترتيبها الطاقي وتكرار حدوثها لا يزالان غير مفهومين تمامًا. في هذه الدراسة، يتم دراسة استقرار البوليمر في SiC النقي والمشوب وكذلك العيوب المشحونة من خلال حسابات المبادئ الأولى. تشمل المواد الكيميائية المدروسة النيتروجين والألمنيوم، اللذان يضافان كمواد كيميائية فردية وكذلك كأزواج من المواد الكيميائية. فيما يتعلق بـ SiC النقي، تتماشى نتائجنا مع الأعمال السابقة التي أظهرت أن الفروق الطاقية بين الأنواع البوليمرية أصغر من عدم اليقين المتعلقة باختيار دالة التبادل والارتباط. على النقيض من ذلك، تم التنبؤ بتأثيرات الشوائب بشكل متسق لأنواع مختلفة من دالات التبادل، حيث يؤدي إضافة النيتروجين إلى استقرار نوع البوليمر 3C بينما يتسبب إضافة الألمنيوم في تغييرات طفيفة فقط. يتم تفسير هذا التأثير بناءً على الفروق في فجوة الطاقة بين الأنواع البوليمرية وحالات العيوب الناتجة عن الشوائب، متفقين مع تفسير اقترحه هين وآخرون (J Am Ceram Soc. 1991;74(10):263033). نحن كذلك نؤكد هذا التفسير من خلال حسابات الشوائب المشحونة. كنتيجة، يمكن أن يقوم الألمنيوم القريب من النيتروجين بإلغاء شحنة المانح بالكامل وتأثيره المثبت على 3C. علاوة على ذلك، لوحظ جذب قوي (1.8-1.9 eVs) بين الشوائب، مما يشير إلى أنها ستظهر في أزواج. توفر نتائجنا صورة أكثر اكتمالًا لإضافة الشوائب إلى SiC ونناقش تداعياتها على عملية نمو البلور.