Galliumoxidkrystalkompleksitet tæmmet af maskinlæring

Forskere ved University of Liverpool, University of Bristol, University College London (UCL) og Diamond Light Source har udviklet en ny forståelse af galliumoxid ved at kombinere en maskinlæringsteoretisk tilgang med eksperimentelle resultater.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Advanced Materials , brugte forskere en kombination af teoretiske tilgange og maskinlæringsteknikker til at identificere nøgleegenskaberne ved galliumoxid, et materiale, der har lovende anvendelser inden for kraftelektronik og solblinde fotodetektorer.

Galliumoxid udgør en særlig udfordring på tværs af syntese, karakterisering og teori på grund af dets iboende uorden og resulterende komplekse struktur-elektroniske strukturforhold.

Det har fem forskellige faser eller krystalstrukturer, kendt som alfa, beta, gamma, delta og epsilon. Gammafasen blev først mistænkt for at eksistere i 1939, men den forblev stort set uhåndgribelig indtil 2013, hvor flere detaljer om dens struktur blev fundet ved hjælp af neutrondiffraktion. Den har fire uækvivalente galliumgittersteder, der er delvist optaget i en iboende uordnet struktur, så på trods af dens vildledende simple kubiske symmetri er den faktisk uhyre kompleks. Det enorme antal mulige krystalstrukturer gør konventionelle teoretiske tilgange umulige.

Hovedforfatter af undersøgelsen, Dr. Laura Ratcliff fra University of Bristols Center for Computational Chemistry, sagde:"For at løse udfordringen med at udvikle en robust atomistisk model, kombineres første principberegninger med maskinlæring for at screene næsten en million mulige strukturer i 160 -atomceller. De forudsagte lavenergikonfigurationer giver en god beskrivelse af de eksperimentelle data, mens der findes klare afvigelser for de højere energikonfigurationer, hvilket bekræfter, at disse ikke er en realistisk beskrivelse af lidelsen i gamma-galliumoxid."

Dr. Anna Regoutz fra Institut for Kemi ved UCL sagde:"Vores data fra Diamond Light Source og fra samarbejdspartnere rundt om i verden var afgørende for at validere de teoretiske resultater."

Tim Veal, professor i materialefysik ved University of Liverpool, sagde:"Denne detaljerede forståelse af indflydelsen af ​​strukturel uorden på den elektroniske struktur af gamma-galliumoxid er afgørende for at tilvejebringe en solid videnbase for dette og andre uordnede materialer. muliggør yderligere optimering og implementering på tværs af forskellige applikationer af dette og relaterede materialer."

Dr. Leanne Jones, en ph.d. studerende fra University of Liverpool's Department of Physics og Stephenson Institute for Renewable Energy, som arbejdede på undersøgelsen, sagde:"Denne forskning adresserer et hul i vores forståelse af dette materiale og vil hjælpe gamma-galliumoxid til at nå sit potentiale i applikationer. " + Udforsk yderligere

MOCVD-værktøj til at fremme forskning i galliumoxid-halvledere