Wyniki eksperymentalne

Dyfraktogramy proszkowe nanokrysztaów GaN zostay zmierzone w komórce diamentowej we wzrastajacych cisnieniachtypeset@protect @@footnote SF@gobble@opt Cisnienie ustalano za pomoca pomiaru zmian wartosci parametru sieci zota, którego drobiny zostay dodane do próbki azotku galu. Tak wiec podane wartosci p odpowiadaja cisnieniu hydrostatycznemu dziaajacemu na drobiny zota w osrodku tworzonym przez nanokrysztay GaN. , az do 20.5 GPa. Przedstawiono je w lewej kolumnie rys. 3.22. Jak widac na rys. 3.22, proporcje maksimów dyfrakcyjnych ulegaja silnym zmianom: natezenia najsilniejszych linii (10$\overline{{1}}$0) i (10$\overline{{1}}$1) zmniejszaja sie, odpowiednio, do ok. 50% i 30% wyjsciowych natezen mierzonych wzgledem linii (0002). Linia (0002) nie zmienia sie w trakcie procesu, jesli nie liczyc podniesionego ta. Wszystkie linie dyfrakcyjne silnie poszerzaja sie. Zaobserwowane zmiany byy trwae: po zdjeciu cisnienia ksztat i proporcje natezen pozostay takimi jak w 20.5 GPa. Pokazuje to, iz w materiale zaszy trwae zmiany strukturalne, jakimi sa wprowadzone w czasie procesu zageszczania bedy uozenia. W prawej kolumnie rys. 3.22 pokazano dyfraktogramy obliczone numerycznie ab initio tak, jak to opisano w paragrafie 2.2.1. Podczas obliczania dyfraktogramów uzyto struktur krystalicznych GaN, bedacych wynikiem wprowadzania bedów uozenia do czystej struktury 2H za pomoca przesuniec pojedynczych warstw (0001) tak, jak to opisano w paragrafie 3.5.3.

Figure 3.22: Porównanie profili dyfrakcyjnych nanokrystalicznego GaN (ziarno 200Å) zmierzonych w wysokim cisnieniu w komórce diamentowej w warunkach niehydrostatycznych (lewa kolumna) z krzywymi symulowanymi (prawa kolumna). Do symulacji uzyto kulistych modeli ziaren GaN o srednicy 160Å z sekwencja politypowa modyfikowana metoda wprowadzania przesuniec warstw (0001). Liczba przesuniec na warstwe (Shifts Per Layer, SPL) okresla stan nieuporzadkowania struktury. Do obliczenia dyfraktogramów proszkowych uzyto wzoru Debye'a. Widoczne (od lewej) maksima: (10$\overline{{1}}$0), (0002) i (10$\overline{{1}}$1). Ostatnie, czwarte maksimum krzywych eksperymentalnych pochodzi od krysztaów zota, uzywanego jako wskaznik cisnienia.

Porównujac pary dyfraktogramów w kolejnych wierszach rys. 3.22 widac, ze obliczenia ab initio (krzywe po prawej) odtwarzaja jakosciwo przebieg krzywych doswiadczalnych (po lewej). Wraz ze wzrastajacym cisnieniem refleksy widoczne na dyfraktogramach doswiadczalnych poszerzaja sie i podnosi sie natezenie ta. Odpowiednie krzywe teoretyczne zachowuja sie analogicznie. Róznice natezen refleksów widoczne przy niskich cisnieniach wynikaja z przyjetego ksztatu i rozmiaru ziaren. W symulacji uzywano kulistych modeli krystalitów, w których mamy te sama liczbe atomów wzduz kazdego kierunku krystalograficznego. Rzeczywiste nanokrysztay GaN rosna zazwyczaj w postaci kolumn heksagonalnych, co drastycznie zmniejsza ilosc par atomowych lezacych w kierunkach ukosnych, równiez w kierunku (10$\overline{{1}}$1), zmniejszajac tym samym natezenie odpowiedniego refleksu. Róznica szerokosci linii jest zwiazana z wielkoscia modeli uzytych podczas obliczen dyfrakcji, która ustalono na 160Å z powodów ograniczen numerycznych. Rozmiar mierzonych nanokrysztaów GaN jest wiekszy, stad szerokosc linii dyfrakcyjnych - mniejsza. Wraz ze wzrostem cisnienia (kolejne wiersze rys. 3.22) wpyw opisanych róznic ksztatu i rozmiaru ziarna na obraz dyfrakcyjny zmniejsza sie. Po (lewej) stronie rzeczywistych nanokrysztaów razem z cisnieniem pojawiaja sie naprezenia sieci krystalicznej nieco poszerzajac linie dyfrakcyjne (przejscie od 1.53 do 5.96 GPa). Po (prawej) stronie krzywych symulowanych struktura bedów uozenia (rozkad dugosci domen 2H) staje sie najsilniejszym czynnikiem ksztatujacym obraz dyfrakcyjny poczawszy od przejscia z 0.2 do 0.4 SPL (co odpowiada zmniejszeniu heksagonalnosci z P(h) = 0.8 do 0.7). Od tego miejsca ( p = 10 GPa, SPL = 0.4, P(h) = 0.7) wpyw ksztatu i rozmiaru ziaren staje sie tylko poprawka do ksztatu dyfraktogramu okreslanego przede wszystkim przez strukture bedów uozenia gdyz koherentnie rozpraszajace domeny 2H staja sie mae (por. rys. 3.21b) w porównaniu do rozmiaru nanokrysztau. Nie mozna równiez wykluczyc pekania rozciagych w przestrzeni pytek i igie GaN w wysokich cisnieniach niehydrostatycznych, co takze zbliza proporcje maksimów mierzonych do symulowanych. W cisnieniu 20.5 GPa nanokrysztay GaN osiagaja stan bliski cakowitemu nieuporzadkowaniu (heksagonalnosc P(h) $\cong$ 0.6) zas rozkad dugosci domen 2H staje sie wykadniczy (por. paragrafy 3.5.6 i 3.5.7).