First-principles based deep neural network force field for molecular dynamics simulation of N–Ga–Al semiconductors

文献情報

出版日 2022-12-16
DOI 10.1039/D2CP04697K
インパクトファクター 3.676
著者

Zixuan Huang, Quanjie Wang, Xinyu Liu, Xiangjun Liu


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要旨

Accurate interatomic force fields are of paramount importance for molecular dynamics simulations to explore the thermal transport at the GaN/AlN heterogenous interface, which is a key factor hindering heat dissipation and limiting the performance of GaN power electronic devices. In this work, an interatomic potential (force field) based on a deep neural network technique and first-principles calculations is developed for N–Ga–Al semiconductors to predict the elastic and thermodynamic properties. Using our deep neural network potential (NNP), the precise structural features, elastic constants, and thermal conductivities of GaN, AlN, and their alloy are obtained, which are well consistent with those from experiments and first-principles calculations. The interfacial thermal conductance of GaN/AlN heterostructures with different interfacial morphologies are further studied using molecular dynamics simulations with the NNP. It is found that atomic interdiffusion and disorder at the interfaces dramatically reduces the interfacial thermal conductance. The developed NNP exhibits a larger effective dimension with respect to classical empirical potentials and reaches competitive performances, thus pointing towards attractive advantages in the study of GaN heterostructures and devices with the NNP.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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