Struttura atomica di γ-Ga2 O3 . a) Rappresentazione schematica della struttura cristallina con posizioni Ga non equivalenti dati i numeri (1,3) per Td tetraedrico e (2,4) per Oh ottaedrico ordinazione. b,c) Immagine a risoluzione atomica di γ-Ga2 O3 cristallizzato su un substrato di zaffiro. b) Immagine a contrasto di fase ad alta risoluzione lungo la proiezione [110]. Il riquadro mostra una vista espansa e una simulazione dell'immagine. Quest'ultimo è sovrapposto a un modello atomico (gli atomi rossi sono ossigeno, il verde e il blu sono atomi di Ga coordinati per quattro e sei volte. c) Immagine in campo scuro anulare ad alto angolo STEM della stessa area. Gli atomi luminosi corrispondono a Ga. Un modello atomico è sovrapposto all'immagine. Il pattern dell'immagine oscilla tra una singola periodicità e una doppia periodicità lungo i (111) piani della struttura. Il riquadro mostra i dettagli dell'immagine al microscopio che corrispondono a un'occupazione simile a quella della struttura β nella proiezione <132> (doppia periodicità, riquadro a sinistra) e a un'occupazione della struttura γ lungo la proiezione <110> (singola periodicità, riquadro a destra). La figura 1a è stata preparata utilizzando il pacchetto software VESTA. Credito:Materiali avanzati (2022). DOI:10.1002/adma.202204217
I ricercatori dell'Università di Liverpool, dell'Università di Bristol, dell'University College London (UCL) e della Diamond Light Source hanno sviluppato una nuova comprensione dell'ossido di gallio combinando un approccio teorico di apprendimento automatico con risultati sperimentali.
In un articolo pubblicato sulla rivista Advanced Materials , i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di approcci teorici e tecniche di apprendimento automatico per identificare le caratteristiche chiave dell'ossido di gallio, un materiale che ha applicazioni promettenti nell'elettronica di potenza e nei fotorivelatori solari-ciechi.
L'ossido di gallio presenta una sfida particolare attraverso la sintesi, la caratterizzazione e la teoria a causa del suo disordine intrinseco e della risultante relazione struttura complessa-struttura elettronica.
Ha cinque diverse fasi o strutture cristalline, note come alfa, beta, gamma, delta ed epsilon. La fase gamma è stata sospettata per la prima volta nel 1939, ma è rimasta in gran parte sfuggente fino al 2013, quando sono stati trovati maggiori dettagli sulla sua struttura utilizzando la diffrazione dei neutroni. Ha quattro siti reticolari di gallio non equivalenti che sono parzialmente occupati in una struttura intrinsecamente disordinata, così che, nonostante la sua simmetria cubica ingannevolmente semplice, è in realtà immensamente complesso. L'enorme numero di possibili strutture cristalline rende impossibili gli approcci teorici convenzionali.
L'autrice principale dello studio, la dott.ssa Laura Ratcliff del Center for Computational Chemistry dell'Università di Bristol, ha affermato:"Per affrontare la sfida dello sviluppo di un modello atomistico robusto, i calcoli dei primi principi sono combinati con l'apprendimento automatico per schermare quasi un milione di possibili strutture in 160 -cellule atomiche. Le configurazioni a bassa energia previste forniscono una buona descrizione dei dati sperimentali, mentre si riscontrano chiare deviazioni per le configurazioni a energia più elevata, confermando che queste non sono una descrizione realistica del disordine nell'ossido di gamma-gallio."
La dott.ssa Anna Regoutz del Dipartimento di Chimica dell'UCL ha affermato:"I nostri dati dalla Diamond Light Source e dai collaboratori di tutto il mondo sono stati cruciali per convalidare i risultati teorici".
Tim Veal, professore di fisica dei materiali all'Università di Liverpool, ha dichiarato:"Questa comprensione dettagliata dell'influenza del disordine strutturale sulla struttura elettronica dell'ossido di gamma-gallio è fondamentale per fornire una solida base di conoscenza per questo e altri materiali disordinati. Questo consente di promuovere l'ottimizzazione e l'implementazione in diverse applicazioni di questo materiale e dei relativi materiali."
Dott.ssa Leanne Jones, un dottorato di ricerca Uno studente del Dipartimento di Fisica dell'Università di Liverpool e dello Stephenson Institute for Renewable Energy che ha lavorato allo studio, ha dichiarato:"Questa ricerca colma una lacuna nella nostra comprensione di questo materiale e aiuterà l'ossido di gamma-gallio a raggiungere il suo potenziale nelle applicazioni. " + Esplora ulteriormente
