Nueva determinación experimental y de primeros principios deltensor GCE en el semiconductor alpha-Al2O3(Ta) (Zafiro): Estudio de propiedades estructurales y electrónicas

G. N. DARRIBA; E. L. MUÑOZ; L. A. ERRICO; M. RENTERÍA; P. D. EVERSHEIM

Merlo, San Luis, Argentina

Congreso; 91° Reunión Nacional de Física; 2006

Asociación Física Argentina

El semiconductor alpha-Al2O3 presenta una gran variedad de aplicacionestecnológicas por sus propiedades mecánicas, ópticas y térmicas. Es uno de los óxidosuniversales utilizados como substratos en catalizadores, en cristales detectores deradiación y recientemente, en los interesantes materiales DMS, entre otras. En estetrabajo presentamos experimentos PAC en monocristales de a-Al2O3 implantados coniones 181 Hf (que decae a 181 Ta). En un primer experimento pudimos asignar solo una delas dos interacciones presentes a sondas Ta sustitucionales en sitios de catión, por lo quefue necesario realizar un segundo experimento tratando de que los annealings no dañaranla muestra en forma irreversible. En el segundo experimento se observaron dosinteracciones asignadas a impurezas localizadas en sitios de catión, libre de defectos parauna de ellas, y con un daño remanente lejano para la otra. Los experimentos fueroncontrastados con cálculos ab initio en el marco de la DFT, y con predicciones PCM. Loscálculos ab initio fueron realizados con el método FP-LAPW (utilizando el códigoWIEN2K) con una dilución de impureza de 1:12, mejorando la previamente reportada(1:4) [M. Rentería et al, Phys. Stat. Sol. 242, 1928 (2005)]. Por otro lado, los cálculosPCM fueron realizados con la estructura sin relajar y con las posiciones de equilibrio(relajadas) que arrojaron los cálculos FP-LAPW. En ambos experimentos la magnitud,dirección y simetría del GCE (perteneciente a las interacciones asignadas a sondassustitucionales en sitios de catión) están en acuerdo con las predicciones FP-LAPW. Esteabordaje teórico-experimental permitió determinar las relajaciones estructuralesproducidas por la inclusión de la impureza en la red huésped, como así también, el estadode carga del nivel de impureza en la banda prohibida del sistema bajo estudio. Laimpureza introduce un nivel doble donor en el gap del semiconductor, el cual no seencuentra ionizado a temperatura ambiente.