Моделирование структурных свойств сплавов $Ge_{1-x} Sn_x$

Актуальность и цели. В литературе отмечается возможность создания на основе полупроводниковых твердых растворов элементов IV группы периодической системы интересных оптоэлектронных приборов с возможностью встраивания в кремниевую технологию. Сплав $Ge_{1-x} Sn_x$ наиболее перспективен для этого и интенсивно изучается экспериментально и теоретически. Целью данной работы является моделирование его структурных свойств: изменения кристаллической решетки, длин межатомных связей, углов между связями в зависимости от состава. Материалы и методы. Исследуется твердый раствор $Ge_{1-x} Sn_x$ как в практически важном диапазоне доли олова $0 < x < 0,2$, так и при теоретически интересном любом значении $x$. Моделируется кластер примерно из 4 тысяч атомов, который исследуется методом молекулярной динамики с применением потенциала Терсоффа. Результаты. Получены зависимости параметра решетки, длин связей, углов между связями от состава. Проведено сравнение с экспериментальными и расчетными (ab initio) результатами. Обнаружены отклонение от закона Вегарда, существенно разный вклад связей Ge-Ge, Ge-Sn, Sn-Sn в искажение решетки при изменении состава сплава. Выводы. Полученные результаты могут быть использованы при оценке упруго-напряженного состояния пленок GeSn, выращенных на различных подложках. Изучение сплава $Ge_{1-x} Sn_x$ методом молекулярной динамики позволяет проводить исследования на бóльших по размеру кластерах, чем при квантово-механических расчетах и получать сопоставимые результаты.