Luận án tiến sĩ nghiên cứu mô phỏng động lực phân tử các cấu trúc và các vật liệu nano bán dẫn thấp chiều

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT x, y, z: S: V: T: 𝑛(r): 𝐸: M: 𝑚∗ : 𝑘𝐵 : 𝑇: 𝑛, 𝑚, 𝑙 : 𝐷: : Ф, , ψ : 𝜓: χ: σ: ρ: 𝑅: r: t: Mn: Zn: 𝐸𝐸𝑙𝑒𝑐 : 𝑉𝑒𝑥𝑡 : 𝑛0 : 𝐸𝑒𝑒 : 𝐸𝑥𝑐 : ̂: 𝐻 𝜇: 𝑉𝑥𝑐 : 𝑉𝐾𝑆 :  ̃𝑛 : 𝑉𝑒𝑓𝑓 : : 𝑟 𝑠𝑝𝑙𝑖𝑡 : 𝐹𝐻𝐾 [𝑛(𝑟)] : phương x, y, z trục tọa độ Descartes diện tích, định thức Slater thể tích nhiệt độ mật độ hạt Năng lượng mômen từ khối lượng hiệu dụng số Boltzman động số lượng tử mật độ trạng thái hàm Delta hàm sóng hàm sóng điện tử hàm sóng hạt nhân độ dẫn điện điện trở suất tọa độ hạt nhân tọa độ điện tử thời gian khối lượng hạt nhân thứ n điện tích hạt nhân thứ n lượng điện tử mật độ hạt trạng thái lượng ứng với tương tác điện tử-điện tử lượng trao đổi tương quan Hamiltonian hệ số nhân Lagrange trao đổi tương quan Kohn-Sham hàm sóng giả hiệu dụng trị riêng hàm lượng bán kính phân chia hàm Hohenberg-Kohn HK: Hohenberg-Kohn KS: Kohn-Sham KH &CN: Khoa học công nghệ KH: khoa học CN: công nghệ CMS: khoa học vật liệu tính tốn (computational materials science) WZ: Wurtzite ZB: Zincblende NW: dây nano không thụ động hóa (unpassivated nanowire) NWP: dây nano thụ động hóa (passivated nanowire) 0D: khơng chiều (0 dimension) 1D: chiều (1 dimention) 2D: hai chiều (2 dimension) 3D: ba chiều (3 dimension) DFT: phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory) DFTB: phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ kết hợp với gần liên kết chặt (Density Functional based Tight-Binding) VASP: The Vienna Ab initio simulation package SCC-DFTB: phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ kết hợp gần liên kết chặt tự tương thích điện (Self Consistent Charge Density Functional based TightBinding SCF: trường tự tương thích (the self- consistent field) SIESTA: Phương pháp Sáng kiến Tây Ban Nha việc mô điện tử với hàng ngàn nguyên tử (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms) LDA: gần mật độ địa phương GGA: gần gradient suy rộng GEA: gần khai triển gradient TD: thí dụ QD: chấm lượng tử (quantum dot) NL: lượng LED: điốt phát quang FCC: lập phương tâm diện (face-centered cubic) VLS : pha khí-lỏng-rắn (vapor-liquid-solid) DSSC: tế bào quang điện dùng chất nhạy quang DMS: chất bán dẫn từ loãng LT: lượng tử TB: tight-binding PAW: phương án sóng bổ sung (projected augmented wave) FM: tính chất sắt từ (ferromagneticsm) VF: không khuyết tật (vacancy-free) DOS: mật độ trạng thái (Densities of States) HOMO: trạng thái phân tử lấp đầy cao LUMO: trạng thái phân tử không lấp đầy thấp CBM: đáy vùng dẫn VBM: đỉnh vùng hóa trị PDOS: mật độ trạng thái chiếu lên (Projected Densities of States) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Tham số chi tiết hạt nano ZnO……………………………………… 62 Bảng 3.1: Các tham số dãy dây nano vòng NW-3………………………………….83 Bảng 3.2: Các tham số dãy dây nano vòng NW-4………………………………….83 Bảng 3.3: Các tham số dãy dây nano vòng NW-5………………………………….83 Bảng 3.4: Các tham số dãy dây nano vòng NW-6………………………………….83 Bảng 3.5: So sánh số mạng thu từ việc tối ưu hóa tập sở Siesta Các kết từ trích dẫn (trong ngoặc vng)………………………………………………….86 Bảng 3.6: Thông số chuỗi cấu trúc dây nano siêu mạng nghiên cứu này: dây nano siêu mạng ký hiệu A, B, C dây siêu mạng thụ động hóa chúng AH, BH, CH… 102 Bảng 4.1: Mômen từ M(B) tính SIESTA VASP lọc từ số tài liệu tham khảo khác cấu trúc ZnO Các kết từ trích dẫn (trong ngoặc vuông)…………………………………………………………………………………….119 Bảng 4.2: Mômen từ M(B) cuả dây nano với kết hợp khác VZn và/hoặc LiZn Ký hiệu VF trường hợp dây nano khơng có khuyết tật…………………………………………………………………………………………119 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Giản đồ liên hệ kích cỡ khơng – thời gian mơ vật liệu đa kích cỡ [trích từ tài liệu tham khảo 137] (trái) giản đồ phương pháp mơ hình hóa mơ vật liệu đa kích cỡ [trích từ tài liệu tham khảo 91] (phải) 18 Hình 1.2 : Cấu trúc lượng theo vùng chuyển từ nguyên tử đơn lẻ sang vật rắn tuần hồn………………………………………………………………………………… 20 Hình 1.3 : Cấu trúc thấp chiều có giam hãm theo chiều (giếng lượng tử), chiều (dây lượng tử) chiều (chấm lượng tử)…………………………………………………… 21 Hình 1.4 : Mật độ trạng thái lượng cấu trúc khối cấu trúc thấp chiều có giam hãm theo chiều (giếng lượng tử), chiều (dây lượng tử) chiều (chấm lượng tử)………………………………………………………………………………………….22 Hình 1.5: Giếng lượng tử tam giác giam hãm điện tử mặt tiếp giáp dị chất……… 23 Hình 1.6 : Hình thành giếng lượng tử mặt tiếp xúc dị chất……………………………24 Hình 1.7 : Quy tắc Anderson cho liên kết hai vùng lượng mặt tiếp xúc dị chất……………………………………………………………………………………… 25 Hình 1.8 : Phân loại liên kết vùng lượng tiếp xúc dị chất……………………….26 Hình 1.9: Thang đặc trưng việc phân loại vật liệu: điện mơi, bán dẫn dẫn điện…26 Hình 1.10: Phụ thuộc vào nhiệt độ điện trở suất (a) kim loại (b) bán dẫn phụ thuộc hấp thụ quang theo lượng phôton (c) kim loại (d) bán dẫn [theo tài liệu tham khảo 129]…………………………………………………………………………….27 Hình 1.11: Đồ thị cấu trúc vùng/ vùng cấm vs số mạng [theo tài liệu tham khảo 94] .29 Hình 1.12: Cấu trúc vùng tinh thể - ô đơn vị kim cương (trái) Zincblende (phải) 29 Hình 1.13 : Cấu trúc tinh thể wurtzite (trái) đơn vị (phải)………………………30 Hình 1.14: Cấu trúc vùng Brillouin tinh thể FCC (trái) cấu trúc vùng Ge (FCC) GaAs (FCC Zincblende) (phải) [trích từ tài liệu tham khảo 41]……………………….30 Hình 1.15: Cấu trúc vùng lượng wurtzite GaN (trái) cấu trúc vùng Brillouin ô đơn vị wurtzite [ trích từ tài liệu tham khảo 94]…………………………………….31 Hình 1.16: Lịch sử phát triển công nghệ chế tạo bán dẫn [trích từ tài liệu tham khảo 71]………………………………………………………………………………………….31 Hình 1.17: Lịch sử phát triển linh kiện bán dẫn [trích từ tài liệu tham khảo 115] .32 Hình 1.18: Ni VLS qua xúc tác dây nano [trích từ tài liệu tham khảo 67]…………… 33 Hình 1.19: Sơ đồ cảm biến khí dựa màng mỏng ZnO (trái) dây nano ZnO phải [trích từ tài liệu tham khảo 118]………………………………………………………… 34 Hình 1.20: Sơ đồ tế bào quang điện dựa NW lõi/vỏ [83]……………………… 35 Hình 1.21: Sơ đồ giải tự tương thích phương trình Schrodinger………………………….51 Hình 2.1: Ảnh SEM hạt nano ZnO tổng hợp theo quy trình mơ tả [98] Hình bên phải ảnh HRTEM hạt nano theo hướng [0001]…….61 Hình 2.2: Hình ảnh hai chuỗi hạt nano dạng lăng trụ theo hướng [0001] với cấu trúc tối ưu hoàn toàn theo chiều ngang…………………………………………………………….63 Hình 2.3: Bản phác họa hình dạng hạt nano phục hồi hạt nano ZnO dạng lăng trụ hình lục giác nghiên cứu…………………………………………………64 Hình 2.4: So sánh tiết diện ngang cấu trúc khối (3D) ZnO (cột trái), hạt nano (0D) (cột giữa) dây nano (1D) (cột phải ) [141] Trục màu đỏ tía (góc phải dưới) biểu thị trục z song song với trục c cấu trúc tinh thể hcp…………………………………………… 65 Hình 2.5: Cột trái: mật độ trạng thái (DOS) chuỗi NP A Cột phải: vạch phổ điểm Gamma NP………………………………………………………………….66 Hình 2.6: Các mức HOMO, LUMO (mức Fermi chuẩn hóa 0) lượng vùng cấm chuỗi hạt nano nghiên cứu………………………………………………… 67 Hình 2.7: Cấu trúc phục hồi NP dạng lăng trụ mặt lục giác dây nano ZnS theo hướng [0001] …………………………………………………………………………………… 71 Hình 2.8: Sự phụ thuộc vào đường kính lượng liên kết riêng dây nano ZnS hình dạng khác nhau………………………………………………………………….72 Hình 2.9: Hằng số mạng giải tỏa biến dạng crelaxed dây (dọc theo chiều dây) Hình biểu đồ biểu diễn lượng biến dạng đầu nguyên tử phụ thuộc vào biến dạng số mạng dây Đường đứt nét đường cong bậc hai làm khớp cho sự thử nghiệm kéo dãn, từ ứng suất Young xác định……………………………………74 Hình 2.10: Cấu trúc vùng lượng cho số dây nano đại diện…………………… 75 Hình 2.11: Cấu trúc vùng lượng điểm Gamma số dây nano lục giác giải tỏa biến dạng …………………………………………………………………… 76 Hình 2.12: Độ rộng vùng cấm theo đường kính dây …………………………………… 77 Hình 3.1 Mặt cắt vng góc với trục dây chuỗi dây nano lõi/vỏ GaN/AlN…………82 Hình 3.2 Phân bố chiều dài liên kết Al-N vùng bề mặt dây nano NW-3.0, NW-4.0, NW-5.0, NW-6.0 thụ động hóa Đường nét đứt chiều dài liên kết 1.935Å vật liệu khối……………………………………………………………………………87 Hình 3.3: Phân bố chiều dài liên kết Al-N vùng bề mặt dây NW-5.3 khơng thụ động hóa (đường liền) dây nano NW-5.3 thụ động hóa (đường chấm chấm)……………………………………………………………………………… 88 Hình 3.4: Hằng số mạng tối ưu hóa lượng biến dạng c dây nano hàm x = Ncore /(Ncore + Nshell ) cho dây nano GaN…………………………… 89 Hình 3.5:Cấu trúc vùng lượng dây nano NW-5.3 thụ động hóa (hình trái) khơng thụ động hóa (hình phải) Đường thẳng chấm chấm nằm ngang biểu thị mức Fermi dây nano Các hình chữ nhật đứt nét hình phải trạng thái bề mặt gây ra………………………………………………………………………………91 Hình 3.6: Độ rộng vùng cấm Eg dãy NW-3, NW-4, NW-5, NW-6 hàm x GaN, tương ứng hình tam giác, hình tròn, hình thoi hình vng Ký hiệu rỗng/kín tương ứng với dây thụ động hóa/khơng thụ động hóa Đường thẳng/cong hình để dẫn dắt xu hướng, cần cho thảo luận viết Các dây nano thị phần số ký hiệu dây, ví dụ 5.3 cho NW-5.3 vòng tròn gắn kèm thị “AlN bulk” “GaN bulk” giá trị độ rộng vùng cấm AlN khối EgAlN = 3.76eV GaN khối EgGaN = 2.4eV………………………………………………92 Hình 3.7: Độ rộng vùng cấm Eg vài dãy dây nano có số vòng lõi C hàm đường kính D dây Phần số ký hiệu dây cho đầu cuối dây dãy, ví dụ 3.1 6.1 NW-3.1 NW-6.1, đầu cuối dây nano dãy dây nano có vòng lõi Ký hiệu rỗng/đặc dây nano thụ động hóa/khơng thụ động hóa Các đường cong hình làm khớp với dữ liệu dùng biểu thức (3.1) Các giá trị với số mũ α ghi gần dãy tương ứng…………………………………………………………………………………………94 Hình 3.8: PDOS dây nano NW-5.3 thụ động hóa (hình a) khơng thụ động hóa (hình b) Các thích cho (a) (b) ghi hình (b), biểu thị đóng góp quỹ đạo riêng biệt lên VBM CBM PDOS vị trí nguyên tử lõi, giao diện khu vực bề mặt dây nano NW-5.3 thụ động hóa (hình c) khơng thụ động hóa (hình d) Các thích cho hình a hình d ghi hình d, dùng chữ “c”, “i”, “s” khu vực lõi, giao diện bề mặt Phần hình nhỏ lồng giữa cung cấp nhìn rõ cho mức lượng nhỏ vùng dẫn Các mũi tên hình b hình d trạng thái bề mặt gây giới thiệu lân cận CBM Các mức Fermi chuẩn hóa 0………………………………………………………….96 Hình 3.9: Phân bố không gian vài trạng thái lân cận VBM CBM dây NW5.3 khơng thụ động hóa (hàng trên) dây NW-5.3 thụ động hóa (hàng dưới) Trong hàng, HOMO LUMO với HOMO – 1, trạng thái HOMO, LUMO +1, LUMO +2, hai trạng thái LUMO Trong hình này, Aluminum, Nitrigen Gallium hình tương ứng với màu xanh lam tối, màu xanh đạm màu đỏ đậm………………………………………………………… 98 Hình 3.10: Từ trái sang phải tương ứng là: giản đồ nguyên tử lớp WZ GaN hồi phục1; Lớp ZB; SL siêu mạng thực dạng WZ-ZB dây nano SL thụ động hóa với nguyên tử giả Hydro Hình cầu màu be nguyên tử Ga, màu xanh dương xanh ngọc tương ứng với nguyên tử Nitride miền WZ ZB, màu trắng giả Hydro điện tích 3/4e xanh sáng giả Hydro điện tích 5/4e để thụ động hóa liên kết treo……………………………………………………………………………………… 102 Hình 3.11: Dây nano siêu mạng chưa thụ động hóa hồi phục A B trình bày dọc theo chiều rộng Màu nguyên tử thích hình 3.10………… 102 Hình 3.12: Cấu trúc vùng lượng dây nano GaN-WZ chưa thụ động hóa (a) thụ động hóa (b) Các đường đứt nét màu đen thể mức Fermi dây nano………………………………………………………………………………………105 Hình 3.13: (a) DOS tổng cộng mẫu A (đường thẳng xanh đậm) mẫu thụ động hóa AH (đường đỏ đậm) (b) DOS thành phần mẫu A (chưa thụ động hóa) AH (đã thụ động hóa) Các mức Fermi chuẩn hóa Hình bên cửa sổ bên biểu thị hình ảnh phóng to biên CBM………………………….107 Hình 3.14: Phân bố không gian trạng thái HOMO LUMO dây nano mẫu A chưa thụ động hóa (hàng thứ nhất) mẫu AH thụ động hóa (hàng thứ hai) Trong hình nguyên tử Ga N biểu diễn tương ứng màu be màu xanh đậm…………………………………………………………………………………107 Hình 4.1: Dây nano ZnO chưa thụ động, thụ động vị trí khảo sát ( biểu diễn hình cầu màu xanh lá) LiZn, VZn, ký hiệu n Có vị trí bề mặt (n=1,2,3) vị trí bên (n=4, 5, 6) Các nguyên tử Zn O biểu diễn cầu màu vàng đậm đỏ Các nguyên tử giả Hydro điện tích 1.5e 0.5e biểu diễn cầu nhỏ màu xanh dương nhạt màu xám 112 Hồi phục tức giải tỏa biến dạng bề mặt hay tái thiết lại bề mặt cực tiểu hóa lượng theo số mạng dọc trục Hình 4.2: Phân bố chiều dài liên kết liên kết Zn-O bề mặt Đường nét đứt nét liền biểu diễn kết thu dây không thụ động dây thụ động hóa NW NWP………………………………………………………………………………… 115 Hình 4.3: Cấu trúc vùng lượng NWP (hình trái) NW (hình phải) Các vùng spin-up spin-down biểu diễn đường liền nét đứt nét (nhận thấy rằng, với dây không pha tạp không khuyết tật với vùng spin-up nào, có vùng spindown đồng với nó) Các trạng thái bề mặt chiếm ưu dây NW biểu diễn màu đỏ…………………………………………………………………………… 116 Hình 4.4: Mật độ trạng thái điện tử chiếu lên quỹ đạo nguyên tử (a) NWVZn4, (b) NWP-VZn4, (c) NW-Li4, (d) NWP-Li4, (e) NW-2Li-VZn4, (f) NWP-2LiVZn4 Chỉ đóng góp quan trọng đưa Năng lượng Fermi chuẩn hóa ………………………………………………………………………………….117 Hình 4.5: Mômen từ cục Mloc mặt phẳng chứa VZn dây nano NW-VZn6, tính theo đơn vị B , ghi số gần vị trí ngun tử Các hình trịn vàng đậm đỏ biểu thị cho nguyên tử Zn O tương ứng Các đường chấm chấm dùng để chỗ khuyết VZn nguyên tử O lân cận Quả cầu phân cực spin VZn (được mô tả phần bình luận) phác họa đường trịn bóng mờ hình……………………………………………………………………………………….120 Hình 4.6: (a) Bề mặt đẳng giá trị mật độ mômen từ cục Mloc (b) Mômen từ cục cho mũi tên màu xanh đậm, dây nano ZnO với tạp chất pha tạp thay Li khuyết tật Zn Các nguyên tử Zn, O, VZn, LiZn, giả Hydro 0.5e giả Hydro 1.5e biểu diễn tương ứng điểm màu vàng đậm, đỏ, xanh dương, xanh lá, xanh nhạt xám…………………………………………………………………… 123 Hình 4.7: Mơmen từ khuyết tật gây M dây nano ZnO kiểm tra so với lLi  lVZn ( hình vng )và  Li VZn (hình trịn) Các phần thấp (M ≤ 1.0B ) cao (M > 1.0B ) hình vẽ đưa với dây nano có LiZn VZn Các dây nano thụ động hóa chưa thụ động hóa tương ứng ký hiệu đặc rỗng Các vị trí khác khuyết tật đánh dấu màu khác Các cấu trúc khối ZnO, có LiZn VZn biểu diễn ký tự tô đậm bên màu đỏ Đường nét đứt đề xu hướng sơ quan sát dữ liệu cho……………………………………………………………………………………… 124 Hình 4.8: Mômen từ khuyết tật gây M hàm hàm lượng tạp chất LiZn, khơng có có VZn Tại giá trị hàm lượng LiZn, vài cấu hình khác tạp chất LiZn gây mômen từ M khác Các ký tự tô đậm biểu diễn dữ liệu cho dây nano khơng có VZn, cịn ký tự rỗng sử dụng cho dây nano có VZn Đường thẳng đứt nét biểu diễn mối quan hệ tuyến tính với hệ số góc 1.00B pha tạp, liên quan đến mômen từ gây ………………………………………… 125 Hình 4.9: Vài mẫu dây nano dị chất dạng lõi/vỏ Zno/GaN chưa thụ động hóa thụ động hóa với vị trí khuyết tật (mũi tên màu đen) mặt giao diện tiếp xúc dị chất (vòng tròn đứt nét màu đen) Nguyên tử Zn, O, Ga, N, H1.25e H0.75e ký hiệu hình cầu màu xám, đỏ, be, xanh dương, xanh trắng…….129 Hình 4.10: Cấu trúc vùng lượng dây nano hệ lõi/vỏ chưa thụ động hóa thụ động hóa chưa pha tạp NW31-NWP31 (hình trái) pha tạp NW31NO-NWP31NO (hình phải) Các vùng spin-up spin-down biểu diễn đường cong nét liền nét đứt (lưu ý dây nano không pha tạp, đường spin-up cũng trùng khít với đường spin-down) Các trạng thái bề mặt chiếm ưu dây nano biểu diễn đường màu đỏ………………………………………………………………….131 Hình 4.11: Cấu trúc vùng lượng điểm Γ dây nano thụ động hóa chưa thụ động hóa dây khơng pha tạp có pha tạp Năng lượng Fermi EF dịch chuyển đến giá trị Các trạng thái spin-up spin-down biểu thị màu xanh màu đỏ Hầu hết trạng thái mức Fermi biểu diễn hình trạng thái bề mặt Quỹ đạo phân tử lấp đầy cao (HOMO) quỹ đạo phân tử chưa lấp đầy thấp (LUMO) đánh dấu đường thẳng nét liền màu đen đậm……………………133 Hình 4.12: Mật độ trạng thái điện tử quỹ đạo nguyên tử dây nano thụ động hóa chưa thụ động hóa, trường hợp pha tạp khơng pha tạp khác Chỉ đóng góp chiếm ưu biểu diễn Năng lượng Fermi đặt 0… 135 Hình 4.13: Bề mặt đẳng giá trị hiệu mật độ spin dây nano chưa thụ động hóa NW31NO (hình trái) dây nano thụ động hóa NWP31NO (hình phải)……… 136 Hình 4.14: Hiệu điện tích Mulliken phân cực spin dây nano chưa thụ động hóa khơng pha tạp NW31( hình a), dây nano thụ động hóa khơng pha tạp NWP31(hình b); điện tích Mulliken phân cực spin trường hợp thay đổi cách pha tạp: NW31NO (hình c), NWP31NO (hình d), NWP32NO (hình e), NWP42NO - NO (hình f) Nguyên tử Zn Ga biểu diễn hình trịn lớn đặc trống, ngun tử O N biểu diễn hình tròn nhỡ trống đặc, nguyên tử giả Hydro điện tích 1.25e 0.75e biểu diễn hình trịn nhỏ đặc trống, vị trí pha tạp đánh dấu mũi tên màu đỏ…………………………………………………………………………………………137 10 từ lại đóng góp từ điện tử N-p tâm khuyết tật mặt giao diện Hình 4.13: Bề mặt đẳng giá trị hiệu mật độ spin dây nano chưa thụ động hóa NW31NO (hình trái) dây nano thụ động hóa NWP31NO (hình phải) Mặc dù vậy, khác biệt với trường hợp giao diện LaAlO3 – SrTiO3, trật tự sắt từ đến từ điện tử dẫn, nghĩa có khí điện tử phân cực spin hai chiều (2D) giao diện tiếp xúc loại n giao diện dẫn (TiO2)-(LaO) [136], trường hợp dây nano dị chất dạng lõi/vỏ ZnO/GaN, loại p, nghĩa sắt từ lỗ trống gây nên, cấu trúc vùng lượng phân cực spin cũng thảo luận Do trật tự sắt từ đến từ liên kết khuyết tật mặt giao diện Zn-N, nên với trường hợp dây nano dị chất dạng lõi/vỏ ZnO/GaN khơng có khuyết tật dây có khuyết tật loại GaZn, ON mơmen từ Đối với trường hợp khuyết tật kép NO+ON cũng nhận mômen từ 𝑀 = 0𝐵 Các quan sát rõ ràng gợi ý sự liên quan chắn giữa tổng số điện tử hóa trị thiếu khuyết tật, việc tái cấu trúc cục xung quanh khuyết tật mômen từ cục khuyết tật gây nên Mloc Sự liên quan cung cấp lời giải thích rõ ràng cho việc tăng cường trật tự sắt từ hai khuyết tật (ví dụ NO+ NO) hay sự vắng mặt M trường hợp ON +NO miêu tả 136 Hình 4.14: Hiệu điện tích Mulliken phân cực spin dây nano chưa thụ động hóa khơng pha tạp NW31( hình a), dây nano thụ động hóa khơng pha tạp NWP31(hình b); điện tích Mulliken phân cực spin trường hợp thay đổi cách pha tạp: NW31NO (hình c), NWP31NO (hình d), NWP32NO (hình e), NWP42NO - NO (hình f) Nguyên tử Zn Ga biểu diễn hình trịn lớn đặc trống, ngun tử O N biểu diễn hình trịn nhỡ trống đặc, nguyên tử giả Hydro điện tích 1.25e 0.75e biểu diễn hình trịn nhỏ đặc trống, vị trí pha tạp đánh dấu mũi tên màu đỏ Hình 4.14 (c, d, e, f) trình bày hiệu (hay sai lệch giữa) điện tích Mulliken phân cực spin giữa trạng thái spin-up spin-down vị trí mặt phẳng chứa khuyết tật Nó biểu thị sự định xứ hiệu ứng phân cực spin dây nano khuyết tật mặt giao diện tiếp xúc Mômen từ nguyên tử cục lớn vị trí khuyết tật N (hình 4.14c 4.14d) tiến nhanh đến giá trị dịch chuyển xa vị trí khuyết tật điều cũng thấy rõ hình 4.13 biểu diễn bề mặt đẳng giá trị (iso-surface) hiệu mật độ spin dây nano chưa thụ động hóa với giao diện pha tạp khuyết tật NO (hình 4.13a) dây thụ động hóa tham chiếu (hình 4.13b) So sánh tỉ mỉ hình 4.14c 4.14d, minh họa cho mômen từ cục Mloc nguyên tử khuyết tật N, bị ảnh hưởng liên kết treo lớp bề mặt bên ngoài, nghĩa tái thiết lại bề mặt dây nano Hình 4.14e biểu diễn trường hợp dây nano NWP32NO, so sánh với hình 4.14d 137 chứng tỏ cách thụ động hóa, việc tái thiết lại bề mặt bị khử khôn cịn có hiệu ứng lên mơmen từ cục vị trí khuyết tật tâm N giao diện lõi/vỏ khác nhau, nghĩa NWP31NO NWP32NO, có mơmen từ (xem hình 4.14d, 4.14e minh họa) Trong hình 4.14f, chúng tơi biểu diễn phân bố không gian Mloc trường hợp NWP42NO - NO có chứa khuyết tật kép Nó cho thấy mômen từ không phụ thuộc vào tổng số điện tử hóa trị thiếu vị trí khuyết tật N mà phụ thuộc vào định xứ khuyết tật từ vị trí đến vị trí khác, có vài hiệu ứng bão hòa với việc gia tăng tâm khuyết tật Điều xung quanh vị trí khuyết tật, ví dụ NO ZnGa, ln có sự tái thiết lại cấu trúc cục bắt buộc liên kết treo vị trí khuyết tật bắt nguồn từ nguyên tử lân cận 4.2.5 Kết luận Chúng nghiên cứu trạng thái sắt từ gây khuyết tật mặt giao diện loại p dây nano dị chất dạng lõi/vỏ ZnO/GaN Nó giải thích rõ ràng khuyết tật giao diện dây nano ZnO/GaN sinh nguyễn tử N xung quanh vị trí khuyết tật mơmen từ cục đóng góp đến mơmen từ dây nano dị chất có khuyết tật Hiệu ứng phân cực spin khuyết tật định xứ mạnh, ngụ ý mômen từ cục chiếm ưu sự phân bố bên vùng lân cận cục bộ, xung quanh khuyết tật Chúng tơi cũng tìm thấy bề mặt dây nano có tác động quan trọng đến việc gây trật tự sắt từ làm thu nhỏ độ rộng vùng cấm Một sự tương quan giữa tái thiết lại cấu trúc cục xung quanh khuyết tật mômen từ gây nên cũng rõ ràng Các kết tính tốn chúng tơi cũng việc dùng mơ hình dây nano tham chiếu thụ động hóa, chúng tơi phác thảo ảnh hưởng từ tái thiết lại bề mặt lên trật tự sắt từ gây khuyết tật mặt giao diện dây nano dị chất 138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong luận án khảo sát cấu trúc thấp chiều hạt nano, dây nano vật liệu bán dẫn nhóm III-V AlN, GaN nhóm II-VI ZnO, ZnS cấu trúc dị chất vật liệu Các nghiên cứu luận án đưa những kết luận mang tính mới, chưa thực trước Nghiên cứu hạt nano ZnO dạng lăng trụ có đáy lục giác kích thước khác cho thấy có sự đồng tồn hai chế ổn định cho hạt (i) tái cấu trúc lại lớp bề mặt (ii) kim loại hóa bề mặt đáy cách dịch chuyển điện tích giữa lớp đáy Giả định phù hợp với kết thực nghiệm Nghiên cứu dây nano ZnS tinh thể wurtzite [0001] với dạng tiết diện dây khác đường kính khoảng 10-40Å cho thấy giải tỏa biến dạng lớp bề mặt gây nên biến dạng liên kết Zn-S theo chiều dài liên kết góc liên kết với lượng biến dạng riêng giảm đường kính dây tăng Giam hãm lượng tử thể qua đường kính dây giải tỏa biến dạng bề mặt yếu tố gây dấu ấn chủ yếu lên đặc tính độ rộng vùng cấm, ứng suất Young… Kết mô phù hợp tốt với lý thuyết thực nghiệm khác Nghiên cứu dây nano dị chất dạng lõi/vỏ GaN/AlN cho thấy hiệu ứng tái thiết lại bề mặt lên đặc tính cấu trúc điện tử loại trừ phân lập tốt việc sử dụng mô hình tham chiếu dây nano thụ động hóa bề mặt giả Hydro có điện tích phân số Qua cho thấy thuộc tính dây nano dị chất này, ví dụ cấu trúc vùng lượng, độ rộng vùng cấm chịu ảnh hưởng cạnh tranh mạnh mẽ hai yếu tố (i) tái thiết lại bề mặt (ii) vai trò mặt giao diện lõi/vỏ Đối với dây nano đường kính nhỏ, mặt tiếp giáp yếu tố chủ yếu, dây nano lớn hiệu ứng bề mặt chiếm ảnh hưởng ưu lên độ rộng vùng cấm Nghiên cứu dây nano dị chất siêu mạng dạng pha tinh thể GaN WZ-ZB với tái thiết lại bề mặt phân lập mơ hình tham chiếu - dây nano thụ động hóa, với hiệu ứng giam hãm lượng tử cho thấy cấu trúc vùng lượng dây bị thay đổi tái thiết lại bề mặt với sự xuất số trạng thái chèn giữa vùng cấm lân cận VBM CBM Các giao diện WZ-ZB hình thành giếng lượng tử loại II đảm nhiệm việc phân tách không gian cho hạt tải điện cặp exciton qua làm tăng cường thuộc tính quang điện tử dây nano siêu mạng pha tinh thể 139 Nghiên cứu dây nano ZnO có khuyết tật dạng pha tạp thay LiZn và/hoặc dạng khuyết VZn cho thấy có xuất tính chất sắt từ (FM) dạng d0 Chúng tơi tìm thấy khơng có việc tái thiết lại bề mặt, pha tạp đơn Li Zn khuyết tật đơn VZn gây momen từ tương ứng Qua chúng tơi (i) bề mặt dây nano có ảnh hưởng quan trọng việc gây tính sắt từ vây pha tạp thay ngun tố khơng từ LiZn gây d0 FM dây nano ZnO chí khơng có khuyết tật VZn (ii) khuyết tật VZn cũng gây sắt từ loại d0 FM việc kết hợp khuyết tật VZn với pha tạp LiZn làm tăng cường mạnh việc gây mômen từ M Chúng lần đưa sự tương quan giữa tái thiết cấu trúc cục quanh khuyết tật mơmen từ, qua cho thấy tái thiết bề mặt làm tăng hay giảm mơmen, phụ thuộc vào liên quan vị trí tâm khuyết tật với bề mặt giải thích định tính cho mơ hình sắt từ lỗng dây nano ZnO có khuyết tật Nghiên cứu trạng thái sắt từ gây khuyết tật mặt giao diện dây nano dị chất lõi/vỏ ZnO/GaN cho thấy khuyết tật loại p giao diện dây nano ZnO/GaN sinh nguyễn tử N quanh tâm khuyết tật mơmen từ cục đóng góp đến mơmen từ dây Hiệu ứng phân cực spin khuyết tật định xứ mạnh bề mặt dây nano có tác động đến việc gây trật tự sắt từ làm thu nhỏ độ rộng vùng cấm Có sự tương quan rõ ràng giữa tái thiết cấu trúc cục quanh khuyết tật mômen từ 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Ngũn Huyền Tụng, giáo trình « Cơ học lượng tử », NXB Khoa học Kỹ thuật (2008) TIẾNG ANH 10 11 12 13 14 A Brinkman, M Huijben, M.Vanzalk, J Huijben, U Zeitler, J.C Maan, W G Van Der Wiel, G Rijnders, D H A Blank and H Hilgenkamp, “Magnetic effects at the interface between nonmagnetic oxides”, Nature Materials 6, 493-496, (2007) A Kokalj, “XCrySDen a new program for displaying crystalline structures and electron densities”, J Mol Graph Model 17, 176-179 (1999) Code available from http://www.xcrysden.org/ B Goswami, S Pal, and P Sarkar, “A theoretical study on the electronic structure of ZnSe/ZnS and ZnS/ZnSe core/shell nanoparticles”, J Phys Chem C 112, 1163011636, (2008) B Gu, N Bulut, T Ziman, and S Maekawa, “Possible d0 ferromagnetism in MgO doped with nitrogen” Phys Rev B 79, 024407-024413, (2009) B Meyer and D Marx, “Density-functional study of the structure and stability of ZnO surfaces”, Phys Rev B 67, 035403, (2003) B Pal, K Goto, M Ikezawa, Y Masumoto, P Mohan, J Motohisa, and T Fukui, “Type-II behavior in wurtzite InP/InAs/InP core-multishell nanowires”, Appl Phys Lett 93, 073105, (2008) B.P Timko, T Cohen-Karni, G Yu, Q Qing, B Tian, C.M Lieber, “Electrical Recording from Hearts with Flexible Nanowire Device Arrays”, Nano Lett 9, 914918, (2009) B Wang, J Zhao, J Jia, D Shi, J Wan, G Wang, H Xu, “Structural, mechanical, and electronic properties of ultrathin ZnO nanowires”, Appl Phys Lett 93, 021918, (2008) C Kohler, G Seifert, Th Frauenheim, “Density-Functional based calculations for Fe(n), (n≤32)”, Chem Phys 309, 23-31, (2005) C M Lieber and Z L Wang, “Functional nanowires,” MRS Bulletin 32, 99–108, (2007) C Peng, Y Liang, K Wang, Y Zhang, G Zhao, and Y Wang, “Possible origin of ferromagnetism in an undoped ZnO d semiconductor,”J Phys Chem C 116, 9709–9715, (2012) C W Zhang, C Han, S S Yan, and F B Zheng, “Design of ferromagnetism in Cudoped ZnO nanowires: First-principles prediction”, Europhys Lett 95, 4701147017, (2011) C Y Wen, M C Reuter, J Bruley, J Tersoff, S Kodambaka, E A Stach, F M Ross “Formation of compositionally abrupt axial heterojunctions in silicon-germanium nanowires”.Science 326, 1247-50, (2009) 141 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 D A Schwartz and D R Gamelin, “Reversible 300 K ferromagnetic ordering in a diluted magnetic semiconductor”, Adv Mater 16, 2115–2119, (2004) D.C Allan, T.A Arias, M C Payne, M P Teter and , J D Joannopoulos, “Iterative minimization techniques for ab initio total energy calculations: molecular dynamics and conjugate gradients,” Reviews of Modern Physics 64, 1045-1097, (1992) D D Johnson, “Modified Broyden’s method for accelerating convergence in selfconsistent calculations”, Phys Rev B 38, 12807, (1988) D Gao, J Zhang, G Yang, J Zhang, Z Shi, J Qi,et al., “Ferromagnetism in ZnO nanoparticles induced by doping of a nonmagnetic element: Al,”J Phys Chem C 114, 13477–13481, (2010) D J Carter, Ju D Gale, B Delley, and C Stampfl, “Geometry and diameter dependence of the electronic and physical properties of Gallium Nitride nanowires from first principles”, Phys Rev B 77, 115349, (2008) D M Ceperly, and B J Alder, “Ground state of the electron gas by a stochastic method”, J Chem Phys 45, 566-569, (1980) D Q Fang and R Q Zhang, “Size effects on formation energies and electronic structures of oxygen and zinc vacancies in ZnO nanowires: A first-principles study”, J Appl Phys 109, 044306–044311, (2011) D Vanderbilt, “Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigen-value formalism,” Phys Rev B 41, 7892-7895, (1990) E J Baerends; O V Gritsenko, “A Quantum Chemical View of Density Functional Theory”, J Phys Chem 101, 5383-5403, (1997) F Pan, C Song, X J Liu, Y C Yang, and F Zeng, “Ferromagnetism and possible application in spintronics of transition-metal-doped ZnO films”, Mater Sci Eng R., Rep 62, 1–35, (2008) F Qian, S Gradecak, Y Li, C.-Y Wen, and C M Lieber, “Core/multishell nanowire heterostructures as multicolor, high-efficiency light-emitting diodes.”, Nano Lett 5, 2287-2291, (2005) F Qian, Y Li, S Gradecak, D Wang, C J Barrelet, and C M Lieber, “Gallium nitride-based nanowire radial heterostructures for nanophotonics,”, Nano Lett 4, 1975-1979, (2004) Guofeng Wang, Xiaodong Li, “Size dependency of the elastic modulus of ZnO nanowires: Surface stress effect”, Appl Phys Lett 91, 231912, (2007) G Bouzerar and T Ziman, “Model for vacancy-induced d ferromagnetism in oxide compounds,”Phys Rev Lett 96, 207602–207606, (2006) G Jacopin, L Rigutti, L Largeau, F Fortuna, F Furtmayr, F H Julien, M Eickhoff, and M Tchernycheva, “Optical properties of wurtzite/zinc-blende heterostructures in GaN nanowires”, J Applied Phys 110, 064313, (2011) G Kresse, “Ab initio molekular dynamik für flüssige metalle,” Ph.D dissertation, Inst für Theoretische Physik, Tech Univ Wien, Vienna, Austria, (1993) G Kresse, and D Joubert, “From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method,” Physical Revew B 59, 1758-1775, (1999) 142 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 G Kresse and J Furthmüller, “Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set,”Comput Mater Sci 6, 15– 50, (1996) G Kresse and J Furthmüller, “Efficient iterative schemes forab initiototal-energy calculations using a plane-wave basis set,”Phys Rev B 54, 11169–11186, (1996) G Kresse and J Hafner, “Ab initiomolecular dynamics for liquid metals,”Phys Rev B 47, 558–561, (1993) G Martin, A Botchkarev, A Rockett, and H Morkoc¸, “Valence-band discontinuities of wurtzite GaN, AlN, and InN heterojunctions measured by x-ray photoemission spectroscopy,”, Appl Phys Lett 68, 2541, (1996) G Z Xing, J B Yi, J G Tao, T Liu, L M Wong, Z Zhang,et al., “Comparative study of room-temperature ferromagnetism in Cu-doped ZnO nanowires enhanced by structural inhomogeneity,”Adv Mater 20, 3521–3527, (2008) G Z Xing, Y H Lu, Y F Tian, J B Yi, C C Lim, Y F Li,et al., “Defect-induced magnetism in undoped wide band gap oxides: Zinc vacancies in ZnO as an example,”AIP Adv 1, 022152–022166, (2011) Hongxia Chen, DaningShi, JingshanQi , and BaolinWang, “Electronic and mechanical properties of ZnS nanowires with different surface adsorptions”, Physica E 42, 32-37, (2009) http://en.wikipedia.org/wiki/National_Nanotechnology_Initiative http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2000/ http://www.ph.surrey.ac.uk/project/compiled http://stokes.byu edu/findsym.html http://voznyy.elinity.com/ download/bader.zip Hui Pann, Yong-Wei Zhang , “GaN-ZnO superlattice nanowires as photocatalyst for hydrogen generation-A first-principles study on electronic and magnetic properties”, Nano Energy 1, 488-493, (2012) H J Monkhorst and J D Pack, “Special points for Brillouin-zone integrations”, Phys Rev B 13, 5188–5192, (1976) H Lee and H J Choi, “Single-impurity scattering and carrier mobility in doped Ge/Si core-shell nanowires”, Nano Lett 10, 2207, (2010) H Morkoỗ and ĩ ệzgỹr, “Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology” New York, NY, USA: Wiley, (2009) H Ohno, H Munekata, T Penney, S von Molnár, and L L Chang, “Magnetotransport properties of p-type (In,Mn)As diluted magnetic III–V semiconductors”, Phys Rev Lett 68, 2664–2667, (1992) H Shu, X Chen, Z Ding, R Dong, and W Lu, “First-Principles Study of the Doping of InAs Nanowires: Role of Surface Dangling Bonds”, J Phys Chem C 115, 14449 (2011) H X Gao and J B Xia, “Effect of Li-doping on the magnetic properties of ZnO with Zn vacancies,” J Appl Phys 111, 093902–093907, (2012) I Arslan, A A Talin, and G T Wang, “Three-dimensional visualization of surface defects in core-shell nanowires” J Phys Chem C 112, 11093, (2008) 143 52 Jerome K Hyun, Shixiong Zhang and Lincoln J Lauhon, “Nanowire Heterostructures”, Annual Review 43, 451-479, (2013) 53 J Arbio, S Estrad, J D Prades, A Cirera, F Furtmayr, C Stark, A Laufer ,M Stutzmann, M Eickhoff, M H Gass, A.L Bleloch, F Peir and J R Morante, “Tripletwin domains in Mg doped GaN wurtzite nanowires: structural and electronic properties of this zinc-blende-like stacking”, Nanotechnology 20, 145704, (2009) 54 J B Yi, C C Lim, G Z Xing, H M Fan, L H Van, S L Huang,et al., “Ferromagnetism in dilute magnetic semiconductors through defect engineering: Lidoped ZnO”, Phys Rev Lett 104, 137201–137205,(2010) 55 J Carter, Julian D Gale, Bernard Delley, and Catherine Stampfl, “Geometry and diameter dependence of the electronic and physical properties of GaN nanowires from first principles”, Phys Rev B 77, 15349, (2008) 56 J D Gale, A Garcia, J Junquera, P Ordejon, J M Soler, E Artacho, and D Sanchez-Portal, “The siesta method for ab initio order-n materials simulation”, Journal of Physics: Condensed Matter 14, 2745-2779, (2002) 57 J Li and L.-W Wang, "Comparison between quantum confinement effects of quantum wires and quantum dots", Chem Mater 16, 4012, (2004) 58 J M D Coey, M Venkatesan, and C B Fitzgerald, “Donor impurity- band exchange in dilute ferromagnetic oxides”, Nature Mater 4, 173–179, (2005) 59 J M Soler, E Artacho, J D Gale, A Garcia, J Junquera, P Ordejon, and D Sanchez-Portal, “The SIESTA method for ab initio order-N materials simulation”, J Phys Condens Matter 14, 2745, (2002) 60 J Park, H Zheng, Y Jun, and A P Alivisatos, “Hetero-epitaxial anion exchange yields single-crystalline hollow nanoparticles.” , J Am Chem Soc 131, 13943, (2009) 61 J P Perdew, “Electronic Structure of Solids”, Akademie Verlag, Berlin, (1991) 62 J P Perdew, and A Zunger, “Self-interaction correction to densityfunctional approximations for many-electron systems”, Phys Rev B 23,5048- 5079, (1981) 63 J P Perdew, K Burke, and M Ernzerhof, “Generalized Gradient Approximation Made Simple”, Phys Rev Lett 77, 3865-3868, (1996) 64 J Renard, R Songmuang, G Tourbot, C Bougerol, B Daudin, and B Gayral, “Evidence for quantum-confined Stark effect in GaN/AlN quantum dots in nanowires”, Phys Rev B 80, 121305, (2009) 65 J S Park, B Ryu, C Y Moon, and K J Chang, “Defects responsible for the hole gas in Ge/Si core-shell nanowires”, Nano Lett 10, 116, (2010) 66 J Tersoff, "Theory of semiconductor heterojunctions: The role of quantum dipoles" Physical Review B 30, 4874, (1984) 67 Kittitat Subannajui, Thesis “ZnO Nanowires Fabrication, Properties and Devices ”, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, (2011) 68 K Hestroffer, R Mata, D Camacho, C Leclere, G Tourbot, Y M Niquet, A Cros, C Bougerol, H Renevier, and B Daudin, “The structural properties of GaN/AlN core–shell nanocolumn heterostructures”, Nanotechnology 21, 415702, (2010) 69 K Rezouali, M A Belkhir, and J B Bai, “Ab Initio Study of Confinement and Surface Effects in AlN Nanowires”, J Phys Chem 114, 11352, (2010) 144 70 L C Lew Yan Voon, Y Zhang, B Lassen, M Willatzen, Q Xiong, and P C Eklund, “Electronic properties of semiconductor nanowires”, J Nanosci Nanotechnol 8, 1, (2008) 71 L L Sohn, “Quantum Leap for Electronics”, Nature 394, 131, (1998) 72 L Rigutti, G Jacopin, L Largeau, E Galopin, A De Luna Bugallo, F H Julien, J.C Harmand, F Glas, and M Tchernycheva, “Correlation of optical and structural properties of GaN/AlN core-shell nanowires”, Phys Rev B 83, 155320, (2011) 73 L.W Wang and J Li, “First principle thousand atom quantum dot calculations”, Phys Rev B 69, 153302, (2004) 74 L Wilk, S J Vosko and M Nusair , “Accurate spin-dependent electron liquid correlation energies for local spin density calculations: a critical analysis”, Can J Phys 58, 1200-1211, (1980) 75 L Yang, R N Musin, X Q Wang, and M Y Chou, "Quantum Confinement Effect in Si/Ge Core-Shell Nanowires,", Phys Rev B 77, 195325, (2008) 76 L Zhang, J Luo, A Zunger, N Akopian, V Zwiller, and J Harmand, “Wide InP nanowires with wurtzite/zincblende superlattice segments are type-II whereas narrower nanowires become type-I: an atomistic pseudopotential calculation”, Nano Lett 10, 4055-4060, (2010) 77 MIT Technology Review: Mar./Apr 2009, The 10 Emerging Technologies of 2009, Z L Wang “Nano-piezoelectronics”; August 13, 2008; L Rugani MIT Technology Review, Aug 2008, “First All-Nanowire Sensor”; K Bullis, MIT Technology Review, Aug 2007, “Nanowire LEDs” 78 M Elstner, D Porezag, G Jungnickel, J Elsner, M Haugk, T.; B Aradi, B Hourahine and Th Frauenheim, “DFTB+, a sparse matrix-based implementation of the DFTB method” , J Phys Chem A 111, 5678, (2007) 79 M Elstner; D Porezag ; G Jungnickel; J Elsner; M Haugk; Th Frauenheim; S Suhai; Seifert, “Self-consistent-charge density-functional tight-binding method for simulations of complex materials properties”, G Phys Rev B 58, 7260, (1998) 80 M Gacic, G Jakob, C Herbort, H Adrian, T Tietze, S Brück,et al., “Magnetism of Co-doped ZnO thin films”, Phys Rev B 75, 205206–205214, (2007) 81 M Ivill, S J Pearton, S Rawal, L Leu, P Sadik, R Das,et al., “Structure and magnetism of cobalt-doped ZnO thin films”, New J Phys 10, 065002–065014, (2008) 82 M Khalid, M Ziese, A Setzer, P Esquinazi, M Lorenz, H Hochmuth,et al., “Defect-induced magnetic order in pure ZnO films”, Phys Rev B 80, 035331– 035336, (2009) 83 M Law, J Goldberger, P Yang Annu “Semiconductor Nanowires and Nanotubes”, Rev Mater Res 34, 83–122, (2004) 84 M.N Huda, Y Yan, S.-H Wei, M.M Al-Jassim, “Electronic structure of ZnO: GaN compounds: Asymmetric bandgap engineering”, Physical Review B 78, 195204, (2008) 85 M Sc Ney Henrique Moreira, Thesis “Computational Studies on Functionalized ZnO Surfaces and Nanostructures”, University of Bremen, (2011), http://dnb.info/1012425878/34 145 86 M Schluter, D R Hamann, and C Chiang, “Norm-conserving pseudopotentials,” Phys Rev Lett 43, 1494-1497, (1979) 87 M X Xiao, M Zhao, and Q Jiang, “Effects of surface modifications on band gaps and electronic states of GaN/InN core/shell nanowires”, Chem Phys Lett 512, 251, (2011) 88 Ney H Moreira, Grygoriy Dolgonos, Ba’lint Aradi, Andreia L da Rosa, and Thomas Frauenheim, J Chem, “Toward an Accurate Density-Functional Tight-Binding Description of Zinc-Containing Compounds”, Theory Comput ,605-614, (2009) 89 N Combe, P Chassaing, and F Demangeot, “Surface effects in ZnO nanoparticles”, Phys Rev B 79, 045408, (2009) 90 N H Hong, J Sakai, and V Brizé, “Observation of ferromagnetism at room temperature in ZnO thin films,”J Phys., Condensed Matter 19, 036219–036225, (2007) 91 N.M Ghoniem, E.P Busso, and H Huang, (eds.), “Nano and Micromechanics of Materials” Special issue of Philosophical Magazine, (Taylor and Francis, publ.) 83, 3475, (2003) 92 N Troullier, and J L Martins, “Efficient pseudopotentials for planewave calculations,” Phys Rev B 43, 1993-2006, (1991) 93 Peidong Yang,* Ruoxue Yan, and Melissa Fardy, “Semiconductor Nanowire: What’s Next?”, Nano Lett., 10, 1529–1536, (2010) 94 Prof Dr Helmut Fưll, Giáo trình “Semiconductor Technology” Lecture Course "Semiconductor Technology and Nano Electronics" ©, ĐH Kiel (http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/semitech_en) 95 P E Blöchl, “Projector augmented-wave method”, Phys Rev B 50, 17953–17979, (1994) 96 P Hohenberg and W Kohn, “Inhomogeneous Electron Gas”, Phys Rev 136, 864872, (1964) 97 P Ordejon, E Artacho, and J M Soler, “Self-consistent order-N densityfunctional calculations for very large systems”, Phys Rev B 53, 10441, (1996) 98 P M Chassaing, F Demangeot, N Combe, L Saint-Macary, M L Kahn, and B Chaudret, “Raman scattering by acoustic phonons in wurtzite ZnO prismatic nanoparticles”, Phys Rev B 79, 155314, (2009) 99 P Wang; S M Zakeeruddin; J E.Moser; M K Nazeeruddin; T Sekiguchi,; Grätzel, “A stable quasi-solid-state dye-sensitized solar cell with an amphiphilic ruthenium sensitizer and polymer gel electrolyte”, M Nature Mater 2, 402, (2003) 100 Qimin Yan, Patrick Rinke, Matthias Scheffler, and Chris G Van de Walle, “Strain effects in group-III nitrides: Deformation potentials for AlN, GaN, and InN”, applied physics letters 95, 121111, (2009) 101 Q J Wang, J B Wang, X L Zhong, Q H Tan, Z Hu, and Y C Zhou, “Magnetism mechanism in ZnO and ZnO doped with nonmagnetic elements X (X=Li, Mg, and Al): A first-principles study,”Appl Phys Lett 100, 132407–132412, (2012) 102 Q Wang, Q Sun, G Chen, Y Kawazoe, and P Jena, “Vacancy-induced magnetism in ZnO thin films and nanowires”, Phys Rev B 77, 205411–205418, (2008) 146 103 Q Wang, Q Sun, and P Jena, “N-doped ZnO thin films and nanowires: Energetics, impurity distribution and magnetis,”, New J Phys 11, 063035–063049, (2009) 104 Q Xu, H Schmidt, S Zhou, K Potzger, M Helm, H Hochmuth,et al., “Room temperature ferromagnetism in ZnO films due to defects”, Appl Phys Lett 92, 082508–082511, (2008) 105 Richard G Hobbs, Nikolay Petkov and Justin D Holmes, “Semiconductor Nanowire Fabrication by Bottom-Up and Top-Down Paradigms”, Chem Mater 24, 1975– 1991, (2012) 106 R B Heimann, “Classic and advanced ceramics, from fundamentals to applications”, Wiley-VCH, Weinheim, 422, (2010) 107 R Calarco, M Marso, T Richter, A I Aykanat, R Meijers, Avd Hart, T Stoica, and H Luth, “Size-dependent photoconductivity in MBE-grown GaN-nanowires”, Nano Lett 5, 981, (2005) 108 R F Khairutdinov, "Chemistry of semiconductor nanoparticles", Russ Chem Rev 67, 109, (1998) 109 R L Anderson, “Germanium-gallium arsenide heterojunction”, IBM J Res Dev 4, 283–287, (1960) 110 R.M Martin, “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press, Cambridge, (2004) 111 R N Musin and X Q Wang, “Quantum size effect in core-shell structured silicongermanium Nanowires”, Phys Rev B 74, 165308, (2006) 112 R Pentcheva, W.E Pickett, “Charge localization or itineracy at LaAlO3∕SrTiO3 interfaces: Hole polarons, oxygen vacancies, and mobile electrons”, Phys Rev B 74, 035112, (2006) 113 R Ramaneti, J C Lodder, and R Jansen, “Kondo effect and impurity band conduction in Co:TiO2 magnetic semiconductor” Phys Rev B 76, 195207, (2007) 114 Sanjay K Bidasaria, Thesis “electronic and mechanical properties of chemically functionalized nanowires”, Georgia Institute of Technology, (2009) 115 SEMATECH Symposium Japan, “Accelerating the next technology revolutio Advanced CMOS Scaling”, (2010) 116 Simulation code Density Functional based Tight Binding plus (DFTB+) http://www.dftb-plus.info/ 117 Su Li, Xiaozhong Zhang, Bin Yan and Ting Yu, “Growth mechanism and diameter control of well-aligned small-diameter ZnO nanowire arrays synthesized by a catalyst-free thermal evaporation method”, Nanotechnology 20, 495604, (2009) 118 Supab Choopun, Niyom Hongsith and Ekasiddh Wongrat, “Metal-Oxide Nanowires for Gas Sensors”, Nanotechnology and Nanomaterials , DOI: 10.5772/54385, (2012) 119 S B Ogale, “Dilute doping, defects, and ferromagnetism in metal oxide systems,”, Adv Mater 22, 3125–3155, (2010) 120 S Chawla, K Jayanthi, and R K Kotnala, “High temperature carrier controlled ferromagnetism in alkali doped ZnO nanorods”, J Appl Phys 106, 113923–113929, (2009) 147 121 S Chawla, K Jayanthi, and R K Kotnala, “Room-temperature ferromagnetism in Li-doped p-type luminescent ZnO nanorods,”, Phys Rev B 79, 125204–125211, (2009) 122 S Ghosh, G G Khan, B Das, and K Mandal, “Vacancy-induced intrinsic d ferromagnetism and photoluminescence in potassium doped ZnO nanowires,”, J Appl Phys 109, 123927–123933, (2011) 123 S Gradecak, F Qian, Y Li, H.-G Park, and C M Lieber, “GaN nanowire lasers with low lasing thresholds”, Appl Phys Lett 87, 173111, (2005) 124 S H Vosko, K A Jackson, M R Pedersen, D J Singh, J P Perdew, J A Chevary, and C Fiolhais, “Atoms, molecules and surfaces: Application of the generalized gradient approximation from exchange and correlation,”, Phys Rev B 46, 6671-6687, (1992) 125 S J Pearton, D P Norton, Y W Heo, L C Tien, M P Ivill, Y Li,et al., “ZnO spintronics and nanowire devices,”, J Electron Mater 35, 862–868, (2006) 126 S Strite and M Morkoc¸ “GaN, AlN, and InN: A Review”, J Vac Sci Technol B 10, 1237, (1992) 127 S U Awan, S K Hasanain, M F Bertino, and G H Jaffari, “Ferromagnetism in Li doped ZnO nanoparticles: The role of interstitial Li,”J Appl Phys 112, 103924– 103933, (2012) 128 S Wang, L.W Wang, “Atomic and Electronic Structures of GaN/ZnO Alloys”, Physical Review Letters 104, 065501, (2010) 129 Thomas Ihn, “Semiconductor Nanostructures -Quantum States and Electronic Transport”, Oxford Univ Press, (2010) 130 The Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms (SIESTA) program: http://www.uam.es/departamentos/ciencias/fismateriac/siesta 131 The Gaussian electronic structure program: http://www.gaussian.com 132 T Akiyama, A J Freeman, K Nakamura and T Ito “Electronic structures and optical properties of GaN and ZnO nanowires from first principles” J Phys.: Conf Ser 100 052056, (2008) 133 T A Arias, R A Lippert, and A Edelman, “Multiscale computation with interpolating wavelets,” Journal of Computational Physics 140, 278310, (1997) 134 T Cohen-Karni, Q Qing, X Duan, P Xie,1 C.M Lieber, “Three-Dimensional, Flexible Nanoscale Field-Effect Transistors as Localized Bioprobes”, Science 329, 830, (2010) 135 T Dietl, H Ohno, F Matsukura, J Cibert, and D Ferrand, “Zener model description of ferromagnetism in zincblende magnetic semiconductors,”Science 287, 1019– 1022, (2000) 136 T Song, J.W Choung, J.G Park, W Park, J.A Rogers, U Paik, “Surface Polarity and Shape-Controlled Synthesis of ZnONanostructures on GaN Thin Films Based on Catalyst-FreeMetalorganic Vapor Phase Epitaxy”, Advanced Materials 20, 4464, (2008) 137 T.S Gates, G.M.Odegard, S.J.V.Frankland, T.C Clancy, “Computational materials: Multi-scale modeling and simulation of nanostructured materials”, Composites Science and Technology 65, 2416–2434, (2005) 148 138 Th Frauenheim, G Seifert, M Elster, T A Niehaus, C Köhler, M Amkreutz, M Sternberg, Z Hajnal, A Di Carlo and S Suhai, “Atomistic simulations of complex materials: ground-state and excited-state properties”, J Phys Cond Matt 14, 3015, (2002) 139 V Khranovskyy, A M Glushenkov, Y Chen, A Khalid, H Zhang, L Hultman, B Monemar and R Yakimova, “Crystal phase engineered quantum wells in ZnO nanowires”, Nanotechnology 24, 215202, (2013) 140 V Laneuville, F Demangeot, R Pechou, P Salles, A Ponchet, G Jacopin, L Rigutti, A de Luna Bugallo, M Tchernycheva, F H Julien, K March, L F Zagonel, and R Songmuang, “Double strain state in a single GaN/AlN nanowire: Probing the core-shell effect by ultravioletresonant Raman scattering”, Phys Rev B 83, 115417 (2011) 141 V.N Tuoc, Comp Mat.Sci 49, 161-169, (2010) 142 V N Tuoc and T D Huan, Phys “Size-induced structural transition in ZnO prismatic nanoparticles”, Status Solidi B 249, 535-543, (2012) 143 Wei Lu, Charles M Lieber, “Semiconductor nanowires”, J Phys D: Appl Phys 39 387–406, (2006) 144 W A Adeagbo, G Fischer, A Ernst, and W Hergert, “Magnetic effects of defect pair formation in ZnO,”J Phys., Condensed Matter 22, 436002–436011, (2010) 145 W Koch; M.C Holthausen, “A Chemist’s Guide to Density Functional Theory”, 2nd Ed., Willey-VCH, Weinheim, (2001) 146 W Kohn; A D Becke; R G Parr, “Density Functional Theory of Electronic Structure”, J Phys Chem 100, 12974, (1996) 147 W Kohn and L Sham, “Self-consistent equations including exchange and correlation effects,”Phys Rev 140, 1133–1138, (1965) 148 X Huang, E Lindgren, and J R Chelikowsky, “Surface passivation method for semiconductor nanostructures,”, Phys Rev B 71, 165328, (2005) 149 Y Dong, B Tian, T J Kempa, and C M Lieber, “Coaxial group III-nitride nanowire photovoltaics” , Nano Lett 9, 2183, (2009) 150 Y Li, F Qian, J Xiang, C M Lieber, “Nanowire electronic and optoelectronic devices” Material today 8, 18-27, (2006) 151 Y Maoa, J Zhonga, Y Chen, “First principles study of the band structure and dielectric function of (6,6) single-walled zinc oxide nanotube”, Physica E 40, 499502, (2008) 152 Y.R Yang, X.H Yan, Y Xiao, Z.H Guo, “The optical properties of onedimensional ZnO: A first-principles study”, Chem Phys Lett 446 , 98-102, (2007) 153 Y Toyoshima; “A New Rapid Method of Determining Molecular Weight of Water Soluble Linear Polymers by the Measurement of Rate of Settling of Clay Suspensions”, Bull Chem Soc Jap 34, 1734, (1961) 154 Y W Ma, J B Yi, J Ding, L H Van, H T Zhang, and C M Ng, “Inducing ferromagnetism in ZnO through doping of nonmagnetic elements”, Appl Phys Lett 93, 042514–042517, (2008) 155 Z L Wang, “Zinc oxide nanostructures: Growth, properties and applications”, J Phys., Condensed Matter 16, 829–858, (2004) 149 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyen Viet Minh, Vu Ngoc Tuoc and Le Thi Hong Lien, “Density functional based tight binding study on wurtzite ZnO prismatic nanoparticles”, Communications in Physics 21, 235-243, (2011) Le Thi Hong Lien, Vu Ngoc Tuoc and Nguyen Thi Thuong, “Density functional based tight binding study on wurtzite ZnS nanowires”, Communications in Physics 22, 317-326, (2012) Vu Ngoc Tuoc , Tran Doan Huan , and Le Thi Hong Lien, “Modeling study on the properties of GaN/AlN core/shell nanowires by surface effect suppression”, Phys Status Solidi B 249, 1241–1249, (2012) Vu Ngoc Tuoc , Tran Doan Huan , and Le Thi Hong Lien, “Impact of Surface on the d0 Ferromagnetism of Lithium-Doped Zinc Oxide Nanowires”, Ieee transactions on magnetics 50, 317-326, (2014) Vu Ngoc Tuoc, Tran Doan Huan, Nguyen Viet Minh, Le Thi Hong Lien, “FirstPrinciples Study on Crystal Phase Superlattice Nanowires Heterostructures”, Journal of Physics 537, (2014) DOI:10.1088/1742-6596/537/1/012002 Le Thi Hong Lien, Vu Ngoc Tuoc, Nguyen Viet Minh, and Tran Doan Huan, “A first principles study on electronic and magnetic properties of defects in ZnO/GaN coreshell nanowire heterostructures”, Communications in Physics 24, 127-135, (2014) 150 ... hưởng tái cấu trúc bề mặt/giao diện lên tính chất sắt từ 17 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU VÀ CÁC CẤU TRÚC NANO BÁN DẪN THẤP CHIỀU 1.1 Các cấu trúc quan tâm luận án - cấu trúc thấp chiều Trong... – NP) Nội dung nghiên cứu luận án nghiên cứu thuộc tính quang, cơ, từ cấu trúc nano bán dẫn thấp chiều Cụ thể luận án tập trung vào nội dung nghiên cứu sau: (i) nghiên cứu hạt nano ZnO dạng lăng... dung luận án nhánh thứ hai - Mô đông lực học phân tử từ nguyên lý ban đầu (ab-initio MD) Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu luận án chỗ: luận án nghiên cứu cấu trúc nano bán dẫn thấp chiều