Quasiparticle self-consistent GW band structures and phase transitions of LiAlO2 in tetrahedrally and octahedrally coordinated structures

准粒子 物理 材料科学 凝聚态物理 超导电性
作者
Phillip Popp,Walter R. L. Lambrecht
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:6 (10) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.6.104605
摘要

A first-principles computational study is presented of various phases of LiAlO$_2$.The $\beta$ and $\gamma$ tetrahedral phases are found to be very close in energy with the $\gamma$ phase having the lowest energy. The octahedral $\alpha$ phase is a high-pressure phase and the transition pressure from the $\gamma$ and $\beta$ phases to $\alpha$ is determined to be about 1 GPa. The electronic band structures are determined using the quasiparticle self-consistent (QS) $GW$ method. The effective masses of the band edges and the nature of the band gaps are presented. The lowest energy $\gamma$ phase is found to have a pseudodirect gap of 7.69 eV. The gap is direct at $\Gamma$ but corresponds to a dipole forbidden transition. The imaginary part of the dielectric function and the absorption coefficient are calculated in the long-wavelength limit and the random phase approximation, without local field or electron-hole interaction effects for each phase and their anisotropies are discussed. Si doping on the Al site is investigated as a possible $n$-type dopant in $\gamma$-LiAlO$_2$ using a 128 atom supercell corresponding to 3.125 \% Si on the Al sublattice in the generalized gradient approximation and a smaller 16 atom cell with 25 \% Si in the QS$GW$ approximation. The Si is found to significantly perturb the conduction band and lower the gap but a clearly separated deep donor defect level is not found. However, the donor binding energy is still expected to be relatively deep, of order a few 0.1 eV in the hydrogenic effective mass approximation.
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