more defect combo
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index b421b3d..5bec37f 100644 (file)
@@ -652,6 +652,11 @@ In addition the bond-ceneterd configuration, for which spin polarized calculatio
 
 \section{Combination of point defects}
 
+The structural and energetic properties of combinations of point defects are investigated in the following.
+The focus is on combinations of the \hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial with a second defect.
+The second defect is either another \hkl<1 0 0>-type interstitial occupying different orientations, a vacany or a substitutional carbon atom.
+Several distances of the two defects are examined.
+Investigations are restricted to quantum-mechanical calculations.
 \begin{figure}[h]
 \begin{center}
 \begin{minipage}{7.5cm}
@@ -662,7 +667,7 @@ In addition the bond-ceneterd configuration, for which spin polarized calculatio
 Initial interstitial: $\frac{1}{4}\hkl<1 1 1>$\\
 Relative silicon neighbour positions:
 \begin{enumerate}
- \item $\frac{1}{4}\hkl<1 1 -1>$, $\frac{1}{4}\hkl<-1 -1 -1>$ ()
+ \item $\frac{1}{4}\hkl<1 1 -1>$, $\frac{1}{4}\hkl<-1 -1 -1>$
  \item $\frac{1}{2}\hkl<1 0 1>$, $\frac{1}{2}\hkl<0 1 -1>$,\\[0.2cm]
        $\frac{1}{2}\hkl<0 -1 -1>$, $\frac{1}{2}\hkl<-1 0 -1>$
  \item $\frac{1}{4}\hkl<1 -1 1>$, $\frac{1}{4}\hkl<-1 1 1>$
@@ -680,12 +685,57 @@ Relative silicon neighbour positions:
 \caption[\hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial defect and positions of next neighboured silicon atoms used for the second defect.]{\hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial defect and positions of next neighboured silicon atoms used for the second defect. Two possibilities exist for red numbered atoms and four possibilities exist for blue numbered atoms.}
 \label{fig:defects:pos_of_comb}
 \end{figure}
-The structural and energetic properties of combinations of point defects are investigated in the following.
-The focus is on combinations of the \hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial with a second defect.
-The second defect is either another \hkl<1 0 0>-type interstitial occupying different orientations, a vacany or a substitutional carbon atom.
-Several distances of the two defects are examined.
-Investigations are restricted to quantum-mechanical calculations.
-Figure \ref{fig:defects:pos_of_comb} shows the initial \hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial defect and the positions of the next neighboured silicon atoms used for the second defect.
+\begin{table}[h]
+\begin{center}
+\begin{tabular}{l c c c c c}
+\hline
+\hline
+ & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 \\
+ \hline
+ \hkl<0 0 -1> & {\color{red}-0.08} & -1.15 & {\color{red}-0.08} & 0.04 & -1.66\\
+ \hkl<0 0 1> & 0.34 & 0.004 & -2.05 & 0.26 & -1.53\\
+ \hkl<0 -1 0> & {\color{orange}-2.39} & -2.16 & {\color{green}-0.10} & {\color{blue}-0.27} & {\color{magenta}-1.88}\\
+ \hkl<0 1 0> & {\color{cyan}-2.25} & -0.36 & {\color{cyan}-2.25} & {\color{purple}-0.12} & {\color{violet}-1.38}\\
+ \hkl<-1 0 0> & {\color{orange}-2.39} & -1.90 & {\color{cyan}-2.25} & {\color{purple}-0.12} & {\color{magenta}-1.88}\\
+ \hkl<1 0 0> & {\color{cyan}-2.25} & -0.17 & {\color{green}-0.10} & {\color{blue}-0.27} & {\color{violet}-1.38} \\
+ \hline
+ C substitutional (C$_{\text{S}}$) & 0.26 & -0.51 & -0.93 & -0.15 & 0.49 \\
+ Vacancy & -5.39 ($\rightarrow$ C$_{\text{S}}$) & -0.59 & -3.14 & -0.54 & -0.50 \\
+\hline
+\hline
+\end{tabular}
+\end{center}
+\caption[Energetic results of defect combinations.]{Energetic results of defect combinations. The given energies in eV are defined by equation \eqref{eq:defects:e_of_comb}. Equivalent configurations are marked by identical colors. The first column lists the types of the second defect combined with the initial \hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial. The position index of the second defect is given in the first row according to figure \ref{fig:defects:pos_of_comb}.}
+\label{tab:defects:e_of_comb}
+\end{table}
+Figure \ref{fig:defects:pos_of_comb} shows the initial \hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial defect and the positions of next neighboured silicon atoms used for the second defect.
+Table \ref{tab:defects:e_of_comb} summarizes energetic results obtained after relaxation of the defect combinations.
+The energy of interest $E$ is defined to be
+\begin{equation}
+E=
+E_{\text{f}}^{\text{defect combination}}-
+E_{\text{f}}^{\text{C \hkl<0 0 -1> dumbbell}}-
+E_{\text{f}}^{\text{2nd defect}}
+\label{eq:defects:e_of_comb}
+\end{equation}
+with $E_{\text{f}}^{\text{defect combination}}$ being the formation energy of the defect combination, $E_{\text{f}}^{\text{C \hkl<0 0 -1> dumbbell}}$ being the formation energy of the C \hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial defect and $E_{\text{f}}^{\text{2nd defect}}$ being the formation energy of the second defect.
+For defects far away from each other the formation energy of the defect combination should approximately become the sum of the formation energies of the individual defects.
+The interaction of such defects is low resulting in $E=0$.
+In fact, for another \hkl<0 0 -1> dumbbell interstitial created at position $\frac{a_{\text{Si}}}{2}\hkl<3 2 3>$ relative to the initial one an energy of \ldots eV is obtained.
+Configurations wih energies greater than zero are energetically unfavorable and expose a repulsive interaction.
+These configurations are unlikely to arise or to persist for non-zero temperatures.
+Energies below zero indicate configurations favored compared to configurations in which these point defects are separated far away from each other.
+
+Investigating the first part of table \ref{tab:defects:e_of_comb}, namely the combinations with another \hkl<1 0 0>-type interstitial, most of the combinations result in energies below zero.
+Surprisingly the most favorable configurations are the ones with the second defect created at the very next silicon neighbour and a change in orientation compared to the initial one.
+\begin{figure}[h]
+\caption{}
+\label{fig:defects:comb_db_01}
+\end{figure}
+Figure \ref{} shows the structure of these two configurations.
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