論文の概要: First-principles predictions of band alignment in strained Si/Si1-xGex and Ge/Si1-xGex heterostructures
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.13219v1
- Date: Fri, 13 Mar 2026 17:55:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-16 17:38:12.232346
- Title: First-principles predictions of band alignment in strained Si/Si1-xGex and Ge/Si1-xGex heterostructures
- Title（参考訳）: 歪Si/Si1-xGexおよびGe/Si1-xGexヘテロ構造におけるバンドアライメントの第一原理予測
- Authors: Nathaniel M. Vegh, Pericles Philippopoulos, Raphaël J. Prentki, Wanting Zhang, Yu Zhu, Félix Beaudoin, Hong Guo,
- Abstract要約: 正確なバンドオフセットは、歪んだSi/Si1-xGexとGe/Si1-xGexヘテロ構造で形成される量子井戸や量子ドットなどのナノ構造の予測連続モデリングに不可欠である。
原子論的な第一原理密度汎関数理論を用いて、フル範囲 0 = x = 1 の原子価と伝導バンドのオフセットを計算する。
得られたオフセットは、以前の研究で探索された線形モデルを超えて、組成の非線形性を顕著に示し、実験的なベンチマークに一致し、緩和された合金バンドギャップにおける高Ge傾斜変化を再現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.681372142069633
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Accurate band offsets are essential for predictive continuum modeling of nanostructures such as quantum wells and quantum dots formed in strained Si/Si1-xGex and Ge/Si1-xGex heterostructures. Experimental offset data for these systems remain sparse away from endpoint compositions, making composition-dependent design difficult. We use atomistic first-principles density functional theory to compute valence- and conduction-band offsets across the full range 0 <= x <= 1. Random alloying is treated with special quasirandom structures, interface lineup terms are extracted from macroscopically averaged local Kohn-Sham potentials in thick periodic superlattices, valence-band spin-orbit coupling is included through species-resolved Mulliken weights, and conduction-band edges are refined using the screened hybrid Heyd-Scuseria-Ernzerhof functional. The resulting offsets show pronounced composition nonlinearity beyond the linear models explored in previous works, agree with experimental benchmarks, and reproduce the high-Ge slope change in the relaxed-alloy band gap. Analytic fitting expressions are provided for direct use in simulations, facilitating practical design of modern quantum technology devices.
- Abstract（参考訳）: 正確なバンドオフセットは、歪んだSi/Si1-xGexとGe/Si1-xGexヘテロ構造で形成される量子井戸や量子ドットなどのナノ構造の予測連続モデリングに不可欠である。
これらのシステムのための実験的なオフセットデータは、エンドポイントの構成から疎いままであり、構成に依存しない設計が困難である。
原子論的第一原理密度汎関数理論を用いて、フル範囲 0 <= x <= 1 の原子価と伝導バンドのオフセットを計算する。
ランダムアロイングは特別な準ランダム構造で処理され、界面のラインアップ項は厚い周期性超格子におけるマクロ平均局所コーン・シャムポテンシャルから抽出され、価バンドスピン軌道結合は種々分解されたマリケン重みを通して含み、伝導バンドエッジはハイド・スカセリア・エルンツァーホフ関数を用いて洗練される。
得られたオフセットは、以前の研究で探索された線形モデルを超えて、組成の非線形性を顕著に示し、実験的なベンチマークに一致し、緩和された合金バンドギャップにおける高Ge傾斜変化を再現する。
解析フィッティング式はシミュレーションで直接使用するために提供され、現代の量子技術機器の実用的な設計を容易にする。
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