Structure atomique de γ-Ga2 O3 . a) Représentation schématique de la structure cristalline avec des positions Ga inéquivalentes étant donné les nombres (1,3) pour Td tétraédrique et (2,4) pour Oh octaédrique ordination. b,c) Image de résolution atomique de γ-Ga2 O3 cristallisé sur un substrat de saphir. b) Image en contraste de phase haute résolution le long de la projection [110]. L'encart montre une vue agrandie ainsi qu'une simulation d'image. Ce dernier est recouvert d'un modèle atomique (les atomes rouges sont l'oxygène, le vert et le bleu sont des atomes de Ga coordonnés quadruple et sextuple. c) Image STEM à champ noir annulaire à angle élevé de la même zone. Les atomes brillants correspondent à Ga. Un modèle atomique est superposé à l'image. Le motif d'image oscille entre une périodicité simple et une périodicité double le long des plans (111) de la structure. L'encart montre des détails de l'image de microscopie qui correspondent à une occupation ressemblant à celle de la structure β dans la projection <132> (double périodicité, encart gauche) et à une occupation de la structure γ le long de la projection <110> (simple périodicité, encart à droite). La figure 1a a été préparée à l'aide du progiciel VESTA. Crédit :Matériaux avancés (2022). DOI :10.1002/adma.202204217
Des chercheurs de l'Université de Liverpool, de l'Université de Bristol, de l'University College London (UCL) et de Diamond Light Source ont développé une nouvelle compréhension de l'oxyde de gallium en combinant une approche théorique d'apprentissage automatique avec des résultats expérimentaux.
Dans un article publié dans la revue Advanced Materials , les chercheurs ont utilisé une combinaison d'approches théoriques et de techniques d'apprentissage automatique pour identifier les principales caractéristiques de l'oxyde de gallium, un matériau qui a des applications prometteuses dans l'électronique de puissance et les photodétecteurs solaires.
L'oxyde de gallium présente un défi particulier dans la synthèse, la caractérisation et la théorie en raison de son désordre inhérent et de la relation structure complexe-structure électronique qui en résulte.
Il a cinq phases ou structures cristallines différentes, appelées alpha, bêta, gamma, delta et epsilon. La phase gamma a été suspectée pour la première fois en 1939, mais elle est restée largement insaisissable jusqu'en 2013, date à laquelle plus de détails sur sa structure ont été trouvés à l'aide de la diffraction des neutrons. Il a quatre sites de réseau de gallium non équivalents qui sont partiellement occupés dans une structure intrinsèquement désordonnée, de sorte qu'en dépit de sa symétrie cubique trompeusement simple, il est en fait extrêmement complexe. Le nombre énorme de structures cristallines possibles rend les approches théoriques conventionnelles impossibles.
L'auteur principal de l'étude, le Dr Laura Ratcliff du Center for Computational Chemistry de l'Université de Bristol, a déclaré :« Pour relever le défi du développement d'un modèle atomistique robuste, les premiers principes de calcul sont combinés à l'apprentissage automatique pour cribler près d'un million de structures possibles dans 160 -cellules atomiques. Les configurations à basse énergie prédites fournissent une bonne description des données expérimentales, tandis que des écarts clairs sont trouvés pour les configurations à plus haute énergie, confirmant qu'il ne s'agit pas d'une description réaliste du désordre dans l'oxyde de gamma-gallium."
Le Dr Anna Regoutz du Département de chimie de l'UCL a déclaré :"Nos données provenant de la source de lumière Diamond et de collaborateurs du monde entier ont été cruciales pour valider les découvertes théoriques."
Tim Veal, professeur de physique des matériaux à l'Université de Liverpool, a déclaré :« Cette compréhension détaillée de l'influence du désordre structurel sur la structure électronique de l'oxyde de gamma-gallium est cruciale pour fournir une base de connaissances solide pour ce matériau et d'autres matériaux désordonnés. permet de poursuivre l'optimisation et la mise en œuvre dans différentes applications de ce matériau et des matériaux associés."
Dre Leanne Jones, titulaire d'un doctorat. étudiant du département de physique de l'Université de Liverpool et de l'Institut Stephenson pour les énergies renouvelables qui a travaillé sur l'étude, a déclaré:"Cette recherche comble une lacune dans notre compréhension de ce matériau et aidera l'oxyde de gamma-gallium à atteindre son potentiel dans les applications. " Outil MOCVD pour faire avancer la recherche sur les semi-conducteurs à l'oxyde de gallium
