Comptes Rendus
Local atomic order and optical properties in amorphous and laser-crystallized GeTe
[L'ordre local et des propriétés optiques de GeTe amorphe et cristalin]
Comptes Rendus. Physique, Volume 10 (2009) no. 6, pp. 514-527.

Dans cet article, nous étudions l'influence du changement de l'ordre à courte portée pendant l'amorphisation sur les propriétés optiques de GeTe. Cet alliage est un matériau à changement de phase typique, employé dans le stockage de données optiques. On trouve que la modification important de l'absorption vient du changement des éléments de matrice des transitions optiques. L'influence des distorsions locales dans l'état cristallin sur l'absorption optique est aussi mis en évidence. En modifiant l'amplitude des distorsions par des variations de stoechiométrie, les propriétés optiques changent. Cet effet peut être exploité pour optimiser les propriétés de ces matériaux.

En outre nous étudions l'effet des interactions électron–électron et électron–trou sur les propriétés optiques par une analyse des effets à N corps dans l'état cristallin. Nous examinons les corrections aux valeurs propres dans l'approximation GW et la solution de l'équation Bethe–Salpeter.

In this work we study the role of short-range order changes upon amorphization on the optical properties of GeTe – a prototype phase change material employed for optical data storage. It is found that the profound change in the absorption is due to changes in the matrix elements of the optical transitions. The importance of the local distortions in the crystalline phase for the optical absorption are revealed as well. Modifying the degree of the distortions has a significant impact on the optical properties of the crystalline state and should therefore become a promising instrument to improve material properties for storage applications.

Furthermore we study the effect of electron–electron and electron–hole interactions on the optical properties. This is achieved by evaluating many-body effects in the crystalline phase through a GW correction of eigenvalues and the solution of the Bethe–Salpeter equation.

Publié le :
DOI : 10.1016/j.crhy.2008.09.002
Keywords: Phase change materials, Electronic structure calculations, RPA
Mot clés : Matériaux avec changement de phase, Calculs des structures électroniques, RPS
Wojciech Wełnic 1, 2, 3 ; Matthias Wuttig 3 ; Silvana Botti 1, 2, 4 ; Lucia Reining 1, 2

1 Laboratoire des solides irradiés, CNRS-CEA, École polytechnique, 91128 Palaiseau cedex, France
2 European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF)
3 I. Physikalisches Institut IA, RWTH Aachen University, 52066 Aachen, Germany
4 LPMCN, Université Claude-Bernard Lyon I and CNRS, 69622 Villeurbanne, France
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Wojciech Wełnic; Matthias Wuttig; Silvana Botti; Lucia Reining. Local atomic order and optical properties in amorphous and laser-crystallized GeTe. Comptes Rendus. Physique, Volume 10 (2009) no. 6, pp. 514-527. doi : 10.1016/j.crhy.2008.09.002. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2008.09.002/

[1] J. Stuke; G. Zimmerer Phys. Stat. Sol. B – Basic Research, 49 (1972) no. 2, p. 513

[2] H.R. Philipp; H. Ehrenreich Phys. Rev., 129 (1963) no. 4, p. 1550

[3] J. Tauc Amorphous and Liquid Semiconductors, Plenum Press, London, 1974

[4] M.C. Ridgway; C.J. Glover; G.J. Foran; K.M. Yu J. Appl. Phys., 83 (1998), p. 4610

[5] W. Zachariasen J. Am. Chem Soc., 54 (1932), p. 3841

[6] A. Kolobov; P. Fons; A. Frenkel; A. Ankudinov; J. Tominaga; T. Uruga Nature Materials, 3 (2004), p. 703

[7] A. Kolobov; P. Fons; J. Tominaga; A. Ankudinov; S. Yannopoulos; K. Andrikopoulos J. Phys.: Condens. Matter, 16 (2004), p. S5103

[8] W. Wełnic; A. Pamungkas; R. Detemple; C. Steimer; S. Blügel; M. Wuttig Nature Materials, 5 (2006), p. 56

[9] P. Jóvári; I. Kaban; J. Steiner; B. Beuneu; A. Schöps; M.A. Webb Phys. Rev. B, 77 (2008), p. 035202

[10] D.A. Baker; M.A. Paesler; G. Lucovsky; S.C. Agarwal; P.C. Taylor2 Phys. Rev. Lett., 96 (2006), p. 255501

[11] J. Akola; R.O. Jones Phys. Rev. B, 76 (2007), p. 235201

[12] S. Caravati; M. Bernasconi; T.D. Kühne; M. Krack; M. Parrinello Appl. Phys. Lett., 91 (2007), p. 171906

[13] S.R. Ovshinsky Phys. Rev. Lett., 21 (1968), p. 1450

[14] M. Libera; M. Chen J. Appl. Phys., 73 (1993), p. 2272

[15] N. Yamada MRS Bull., 21 (1996) no. 9, p. 48

[16] M. Wuttig; D. Lüsebrink; D. Wamwangi; W. Wełnic; M. Gilleßen; R. Dronskowski Nature Materials, 6 (2007), p. 122

[17] W. Welnic; S. Botti; L. Reining; M. Wuttig Phys. Rev. Lett., 98 (2007), p. 236403

[18] K.M. Rabe; J.D. Joannopoulos Phys. Rev. B, 36 (1987), p. 6631

[19] V. Weidenhof; I. Friedrich; S. Ziegler; M. Wuttig J. Appl. Phys., 86 (1999) no. 10, p. 5879

[20] D. Wamwangi; W. Njoroge; M. Wuttig Thin Solid Films, 408 (2002), p. 310

[21] W.E. Howard; R. Tsu Phys. Rev. B, 1 (1970), p. 4709

[22] X. Gonze; J. Beuken; R. Caracas; F. Detraux; M. Fuchs; G. Rignanese; L. Sindic; M. Verstraete; G. Zerah; F. Jollet; M. Torrent; A. Roy; M. Mikami; P. Ghosez; J. Raty; D. Allan Comput. Mater. Sci., 25 (2002), p. 478

[23] M. Fuchs; M. Scheffler Comput. Phys. Commun., 119 (1999) no. 1, p. 67

[24] J.P. Perdew; K. Burke; M. Ernzerhof Phys. Rev. Lett., 77 (1996) no. 18, p. 3865

[25] G. Makov; R. Shah; M.C. Payne Phys. Rev. B, 53 (1996), p. 15513

[26] S.L. Adler Phys. Rev., 126 (1962), p. 413

[27] N. Wiser Phys. Rev., 129 (1963), p. 62

[28] H. Ehrenreich Proceedings of the International School of Physics “Enrico Fermi” (J. Tauc, ed.), Academic, New York (1966), p. 106 (course XXXIV)

[29] S. Baroni; R. Resta Phys. Rev. B, 33 (1986), p. 7017 (and references therein)

[30] G. Onida; L. Reining; A. Rubio Rev. Mod. Phys., 74 (2002), p. 601

[31] S. Botti; A. Schindlmayr; R. Del Sole; L. Reining Rep. Prog. Phys., 70 (2007), pp. 357-407

[32] L. Hedin Phys. Rev. A, 139 (1965), p. 796

[33] W. Hanke; L.J. Sham Phys. Rev. Lett., 43 (1979), p. 387

[34] S. Albrecht; L. Reining; R.D. Sole; G. Onida Phys. Rev. Lett., 80 (1998), p. 4510

[35] B.S. Lee; J.R. Abelson; S.G. Bishop; D.H. Kang; B.K. Cheong; K.B. Kim J. Appl. Phys., 97 (2005), p. 093509

[36] E. Garcia-Garcia; A. Mendoza-Galvan; Y. Vorobiev; E. Morales-Sanchez; J. Gonzalez-Hernandez; G. Martinez; B. Chao; J. Vacuum Sciences & Technology A – Vacuum Surfaces and Thin Films, 17 (1999), p. 1805

[37] M.H. Brodsky; P.J. Stiles Phys. Rev. Lett., 25 (1970), p. 798

[38] Y.W. Tung; M.L. Cohen Phys. Rev., 180 (1969) no. 3, p. 823

[39] J.N. Bierly; L. Muldawer; O. Beckman Acta Metall., 11 (1963), p. 447

[40] N. Shevchik; J. Tejeda; D. Langer; M. Cardona Phys. Rev. Lett., 30 (1973) no. 14, p. 659

[41] T. Moss Optical Properties of Semi-Conductors, Butterworth, London, 1959

[42] R. Tsu; W.E. Howard; L. Esaki Phys. Rev., 172 (1968), p. 779

[43] V. Olevano; L. Reining; F. Sottile http://www.dp-code.org

[44] http://www.bethe-salpeter.org

[45] S.K. Bahl; K.L. Chopra J. Appl. Phys., 40 (1969), p. 4940

[46] A.V. Kolobov; J. Tominaga; P. Fons; T. Uruga Appl. Phys. Lett., 82 (2003) no. 3, p. 382

[47] A.H. Edwards; A.C. Pineda; P.A. Schultz; M.G. Martin; A.P. Thompson; H.P. Hjalmarson; C.J. Umrigar Phys. Rev. B, 73 (2006), p. 045210

[48] N. Kolomoets; B. Lev; L. Sysoeva Sov. Phys. Solid State, 6 (1964), p. 551

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