Determinación teórica de estructuras de superficie en nitruro de Galio dopado con Manganeso. - Sarmiento Villamil, Fabián Leonardo (2012)
Los semiconductores dopados con iones magnéticos son materiales sumamente interesantes debido a las propiedades magnéticas que presentan, las cuales pueden ser potencialmente utilizadas en aplicaciones a dispositivos espintrónicos. Dentro de esta familia de materiales encontramos el Nitruro de Galio (GaN) dopado con átomos de manganeso (Mn), sobre el cual focalizamos el estudio en esta tesis. El principal objetivo de este trabajo es evaluar, mediante simulaciones de primeros principios, las heteroestructuras que se forman cuando el Mn es depositado en la superficie de GaN(0001). Planteamos diversos modelos estructurales de la misma, a partir de las observaciones experimentales realizadas por el grupo del Profesor A. Smith (Ohio University), con quien colaboramos en este trabajo. En una primera etapa, evaluamos y analizamos la estructura de bandas del GaN en volumen, tanto en fase zincblenda como en fase wurtzita, empleando por un lado el método de enlaces fuertes y por otro lado, la teoría de la funcional densidad. Los gaps de energía obtenidos muestran que el GaN en volumen es un semiconductor de gap directo. Calculamos la densidad de estados para la fase wurtzita, observando que la banda de valencia está compuesta principalmente por orbitales de los átomos de N, mientras que la banda de conducción presenta contribuciones de orbitales provenientes tanto de átomos de Ga como de N. Nuestros resultados muestran un buen acuerdo con los obtenidos por otros autores en la literatura. En una segunda etapa, investigamos las propiedades estructurales y electrónicas de la superficie de GaN(0001) empleando técnicas de primeros principios. De este estudio observamos que la superficie presenta un carácter metálico, producto de tres bandas de superficie que cruzan el nivel de Fermi, dos de las cuales exhiben un comportamiento altamente dispersivo. Finalmente estudiamos, desde el punto de vista energético y estructural, las posibles periodicidades que puede presentar la superficie de GaN(0001) cuando se depositan átomos de Mn sobre la misma. Esta evaluación la realizamos proponiendo diferentes cubrimientos de la capa de Mn, obteniendo que el cubrimiento de 1/3 de monocapa es el más favorable energéticamente. Es importante destacar que este cubrimiento está presente en la estructura raíz cuadrada 3 x raiz cuadrada 3 - R30 grados, que ha sido observada experimentalmente, y también en el arreglo periódico 3x3 con trímeros de Mn, siendo esta última la estructura energéticamente más estable.