Atomic scale structural modelling of technology materials via computational analysis methods

Abstract

The aim of this thesis was the investigation of the properties of semiconducting materials and nanostructures using computational tools such as ab initio methods, molecular dynamics simulations and structure prediction algorithms, utilizing high performance computers. Initially, the energetics and strain of indium-gallium nitride nanodisks in gallium nitride nanowires and the electronic properties of the nanowires were examined. Furthermore, the structural, electronic and thermal properties of gallium nitride/aluminum nitride core/shell nanowires and the structural properties of gallium arsenide/aluminum-gallium arsenide core/shell nanowires were investigated. Finally, the structures of the ternary alloys of gallium-aluminum nitride, indium-gallium nitride and indium-aluminum nitride and silicon-tin nitride were predicted and afterwards a detailed analysis of their energetics and electronic properties was performed.

Σκοπός της διατριβής ήταν η διερεύνηση των ιδιοτήτων ημιαγώγιμων υλικών και νανοδιατάξεων με τη χρήση υπολογιστικών εργαλείων και συγκεκριμένα μεθόδων πρώτων αρχών, μοριακής δυναμικής και αλγορίθμων πρόβλεψης δομής, αξιοποιώντας υπολογιστικές δομές υψηλής ισχύος. Αρχικά, μελετήθηκε η παραμορφωσιακή, εντατική και ενεργειακή κατάσταση νανοδίσκων νιτριδίου του ινδίου-γαλλίου σε νανοσυρμάτα νιτριδίου του γαλλίου και οι ηλεκτρονικές ιδιότητες των νανοσυρμάτων. Στη συνέχεια διερευνήθηκαν οι δομικές, ηλεκτρονικές και θερμικές ιδιότητες νανοσυρμάτων αρχιτεκτονικής πυρήνα/φλοιού νιτριδίου του γαλλίου/νιτριδίου του αλουμινίου και οι δομικές ιδιότητες νανοσυρμάτων αρχιτεκτονικής πυρήνα/φλοιού αρσενιδίου του γαλλίου/αρσενιδίου του αλουμινίου-γαλλίου. Τέλος, πραγματοποιήθηκε πρόβλεψη της δομής των τριμερών νιτριδίων του γαλλίου-ινδίου, του αλουμινίου-γαλλίου, του αλουμινίου-ινδίου και του κασσιτέρου-πυριτίου, την οποία ακολούθησε αναλυτική ενεργειακή μελέτη τους και διερεύνηση των ηλεκτρονικών τους ιδιοτήτων.