İki Boyutlu Galyum Nitrat Üzerinde Platin Adsorpsiyonu ve Difüzyonu

Bu çalışmada ilk prensipler düzlem dalga hesaplamaları temelinde platinyum atomunun iki boyutlu altıgen galyum nitrat (h-GaN) üzerindeki adsorpsiyonu ve difüzyonu incelendi. İki farklı platin kaplama oranı (θ = 1/8 ve θ = 1/32) dikkate alındı ve sadece yüksek seviyeli platin kaplama oranı (θ = 1/8) için elektronik yapıdaki değişiklikler incelendi. GaN tek tabakası üzerindeki Pt atomunun difüzyon bariyer enerjisini hesaplamak için düşük seviyeli kaplama oranı (θ = 1/32) kullanıldı. Teorik hesaplamalar, Pt atomunun GaN tek tabaka içindeki nitrojen atomlarının üstünden güçlü bir şekilde bağlandığını ve onu oradan difüze etmek için yüksek enerjiye ihtiyaç olduğunu göstermektedir. GaN tek tabakası, 2.1 eV doğrudan olmayan bant aralığına (Γ→K) sahip iken, bu bant aralığı Pt adsorpsiyonu ile 1.3 eV'ye düşmüştür. Bu sonuçların, gelecekte GaN tabakası üzerinde Pt nanopartiküllerin oluşturulması ya da Pt ile kaplanması üzerine çalışılmasının önünü açabileceği düşünülmektedir.

Platinum Adsorption and Diffusion on Two-Dimensional Gallium Nitride

In this study, we examined the adsorption and diffusion of platinum (Pt)adatom on two-dimensional hexagonal gallium nitride (h-GaN), by using firstprinciplesplane-wave calculations. Two different levels of platinum coverage ratio(θ=1/8 and θ=1/32) were considered and the changes in the electronic structurefor high-level platinum coverage ratio (θ=1/8) were examined. Low-level coverageratio (θ=1/32) is used to calculate the diffusion barrier energy of Pt adatom onGaN monolayer. Our theoretical calculations have shown that Pt atom stronglybinds on the top of nitrogen atoms in GaN monolayer and high energy is requiredfor its diffusion. While GaN monolayer has 2.1 eV indirect band gap (Γ→K), thisband gap reduces to 1.3 eV with Pt adsorption. These results may lead to furtherinvestigations on forming Pt nanoparticles or Pt coating on GaN sheet.

PDF

___

Flores, R. G., Contreras, N. H., Martinez, L. A., Powell, R. C., Greene, J. E. 1994. Temperature- Dependent Optical Band Gap of the Metastable Zinc-Blende Structure β-GaN. Phys. Rev.B 50(1994), 8433.
Magnuson, M., Mattesini, M., Höglund, C., Birch, J., Hultman, L. 2010. Electronic Structure of GaN and Ga Investigated by Soft X-ray Spectroscopy and First-Principles Methods. Phys. Rev. B 81(2010), 085125.
Lester, S. D., Ponce, F. A., Craford, M. G., Steigerwald, D. A. 1995. High Dislocation Densities in High-Efficiency GaN-Based Light- Emitting Diodes. Appl. Phys. Lett. 66(1995), 1249.
Eastman, L., Tilak, V., Smart, J. A., Green, B. M., Chu, K. K., Dimitrov, R., Kim, H., Prunty, T., Ambacher, O., Weimann, N., Shealy, J. R. 2001. Undoped AlGaN/GaN HEMTs for Microwave Power Amplification. IEEE Trans. Electron. Devices 48(2001), 479.
Schäfer, S., Wyrzgol, S. A., Caterino, R., Jentys, A., Schoell, S. J., Hävecker, M., Gericke, A. K., Lercher, J. A., Sharp, I. D., Stutzmann, M. 2012. Platinum Nanoparticles on Gallium Nitride Surfaces: Effect of Semiconductor Doping on Nanoparticle Reactivity. J. Am. Chem. Soc., 134(2012), 12528-12535.
Tilak, V., Matocha, K., Sandvik, P. 2006. Novel GaN and SiC Based Gas Sensors. Phys. Stat. Sol. (c) 3(2006), 548-553.
Luther, B. P., Wolter, S. D., Mohney, S. E. 1999. High-Temperature Pt Schottky Diode Gas Sensors on n-type GaN. Sensors and Actuators B 56(1999), 164-168.
Schalwig, J., Muller, G., Eickhoff, M., Ambacher, O., Stutzmann, M. 2002. Group III-Nitride-Based Gas Sensors for Combustion Monitoring. Materials Science and Engineering: B 93(2002), 207.
Yun, F., Chevtchenko, S., Moon, Y. T., Morkoç, H. 2005. GaN resistive hydrogen gas sensors. Appl. Phys. Lett. 87(2005), 073507.
Lin, S., Ye, X., Johnson, R. S., Guo, H. 2013. First- Principles Investigations of Metal (Cu, Ag, Au, Pt, Rh, Pd, Fe, Co, and Ir) Doped Hexagonal Boron Nitride Nanosheets: Stability and Catalysis of CO Oxidation. J. Phys. Chem. C 117(2013), 17319- 17326.
Lian, X., Guo, W., Liu, F., Yang, Y., Xiao, P., Zhang, Y., Tian, W. 2015. DFT Studies on Pt3M (M = Pt, Ni, Mo, Ru, Pd, Rh) Clusters for CO Oxidation. Comput. Mater. Sci. 96(2015), 237-245.
Lee, D. S., Lee, J. H., Lee, Y. H., Lee, D. D. 2003. GaN Thin Films as Gas Sensors. Sensors and Actuators B: Chemical 89(2003), 305-310.
Duan, B. K., Bohn, P. W. 2010. High Sensitivity Hydrogen Sensing with Pt-Decorated Porous Gallium Nitride Prepared by Metal-Assisted Electroless Etching. Analyst, 135(2010), 902- 907.
Perdew, J. P., Burke, K., Ernzerhof, M. 1996. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Phys. Rev. Lett. 77(1996), 3865-3868.
Giannozzi, P., Baroni, S., Bonini, N., Calandra, M., Car, R., Cavazzoni, C., Ceresoli, D., Chiarotti, G. L., Cococcioni, M., Dabo, I., et al. 2009. QUANTUM ESPRESSO: A Modular and Open-Source Software Project for Quantum Simulations of Materials. J. Phys.: Condens. Matter 21(2009), 395502.
Monkhorst, H. J., Pack, J. D. 1976. Special Points for Brillouin-Zone Integrations. Phys. Rev. B 13(1976), 5188-5192.
Broyden, C. G. 1970. The Convergence of a Class of Double-Rank Minimization Algorithms. IMA J. Appl. Math. 6(1970), 222-231.
Peng, Q., Liang, C., Ji, W., De, S., 2013. Mechanical Properties of g-GaN: A First-Principles Study. Appl. Phys. A 113(2013), 483-490.
Chen, Q., Hu, H., Chen, X., Wang, J. 2011. Tailoring Band Gap in GaN Sheet by Chemical Modification and Electric Field: Ab Initio Calculations. Appl. Phys. Lett. 98(2011), 053102.
Zywietz, T. K., Neugebauer, J., Scheffler, M. 1999. The Adsorption of Oxygen at GaN Surfaces. Appl. Phys. Lett., 74(1999), 12.
Balushi, Z.Y.A., Wang, K., Ghosh, R.K. 2016. Twodimensional Gallium Nitride Realized via Graphene Encapsulated. Nature Matter. 15(2016), 1166-1171.