InxGa1-xN与Mg掺杂晶体的稳定性机制与电子结构的第一性原理研究及其在光电器件设计中的意义

本综述基于第一性原理计算系统探讨了不同铟组分及镁掺杂对InxGa1-xN晶体结构稳定性、电子特性与成键机制的影响，揭示了化学置换效应与晶格应变导致的“膨胀效应”共同作用的不稳定性机制，为氮化物光电器件（如LED、太阳能电池）的设计提供了关键理论依据。

　　

Calculation method and validations

计算框架采用基于密度泛函理论（DFT）的方法，并通过CASTEP软件包实现。为模拟晶格的无限周期性，设置了周期性边界条件。体系的电子波函数通过平面波基组进行数学描述。原子核、内层电子与价电子之间的相互作用采用超软赝势（ultrasoft pseudopotentials）进行近似处理。

Calculation of E_coh and ΔH

图1中所有晶体的结构优化数据汇总于表4。几何弛豫是在全自由度下进行的，允许原子位置、晶格常数和体积参数在计算优化过程中同时调整。未施加任何位置或维度约束，从而通过无限制结构弛豫确保收敛至热力学稳定状态。尽管原子位置存在微小调整……

Conclusion

本研究采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，系统研究了In_xGa_1-xN和镁掺杂In_xGa_1-xN体系的结构稳定性、热力学性质及电子成键机制。我们不仅探究了不同铟组分的影响，还分析了不同原子占位构型的作用。通过严格的计算验证（包括声子色散分析的收敛性测试），我们……