Density functional theory calculations of lithium niobate surfaces and interfaces with III-nitrides

• Applicant: Professor Dr. Wolf Gero Schmidt
• Subject Area: Theoretical Condensed Matter Physics
• Term: from 2008 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 91891330

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

Im Rahmen dieses Projekts gelang die erste umfassende Charakterisierung der Stöchiometrien, atomaren Strukturen, Schwingungs- und elektronischen Eigenschaften der technologisch relevanten X-, Y- und Z-cut Oberflächen. Weiterhin wurde ein Strukturmodell für die LN-GAN-Grenzfläche entwickelt. Der ferroelektrische Phasenübergang wurde mikroskopisch modelliert und als Kombination von Ordnungs-Unordnungs-Phasenübergang und displaziven Phasenübergang klassifiziert. Darüber hinaus wurden die elektronischen und optischen Eigenschaften von Lithiumniobat erstmals unter Einbeziehungen von Vielteilcheneffekten berechnet. Ein wesentliche Schlußfolgerung letzterer Arbeiten besteht darin, daß der seit Jahrzehnten zitierte Wert von etwa 3.7 eV für die fundamentale Bandlücke von LN drastisch nach oben korrigiert werden muß. Insgesamt gelang uns ein substantieller Erkenntnisfortschritt in Bezug auf die Volumen- und Oberflächeneigenschaften eines technologisch hochrelevanten aber grundlagenphysikalisch nur unzureichend verstandenen Materials. Mit den erzielten Ergebnissen ist eine gute Ausgangslage geschaffen worden, um weitere wissenschaftlich und/oder technologisch interessante Fragen wie z.B. nach den Einflüssen von Adsorbaten auf die LN-Oberflächen oder zum Mechanismus des Umpolens ferrolektrischer Domänen zu attackieren.

Publications

• LiNbO3 ground- and excited-state properties from first-principles calculations, Phys. Rev. B 77 (2008), 035106
  W. G. Schmidt, M. Albrecht, S. Wippermann, S. Blankenburg, E. Rauls, F. Fuchs, C. Rödl, J. Furthmüller, A. Hermann
  
• Ab initio investigation of the LiNbO3 (0001) surface, Phys. Stat. Sol. (c) 7 (2010), 145
  S. Sanna, A. V. Gavrilenko and W. G. Schmidt
  
• Do we know the band gap of lithium niobate?, Phys. Stat. Sol. (c) 7 (2010), 362
  C. Thierfelder, S. Sanna, A. Schindlmayr, W. G. Schmidt
  
• GaN growth on LiNbO3 (0001) - a first-principles simulation, Phys. Stat. Sol. (c) 7 (2010), 2272
  S. Sanna, W. G. Schmidt
  
• GaN/LiNbO3 (0001) interface formation calculated from first-principles, Appl. Surf. Sci. 256 (2010), 5740
  S. Sanna, W. G. Schmidt
  
• Lithium niobate X-cut, Y-cut, and Z-cut surfaces from ab initio theory, Phys. Rev. B 81 (2010), 214116
  S. Sanna, W. G. Schmidt
  
• Barium titanate ground- and excited-state properties from first-principles calculations, Phys. Rev. B 83 (2011), 054112
  S. Sanna, C. Thierfelder, S. Wippermann, T. P. Sinha, W. G. Schmidt
  
• Imaging of the ferroelectric domain structures by confocal raman spectroscopy, Ferroelectrics 420 (2011), 44
  G. Berth, W. Hahn, V. Wiedemeier, A. Zrenner, S. Sanna and W. G. Schmidt
  
• Localized phonon modes at LiNbO3 (0001) surfaces, Ferroelectrics 419 (2011), 1
  S. Sanna, G. Berth, W. Hahn, A. Widhalm, A. Zrenner and W. G. Schmidt
  
• Vibrational properties of the LiNbO3 z-surface, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 58 (2011), 1751
  S. Sanna, G. Berth, W. Hahn, A. Widhalm, A. Zrenner, W. G. Schmidt