【国际论文】β-Ga₂O₃的偏振依赖性共振非弹性X射线散射：实验与计算研究

        由德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队在学术期刊 APL Materials 发布了一篇名为 Polarization-dependent resonant inelastic x-ray scattering of β-Ga₂O₃: An experimental and computational study（β-Ga₂O₃ 的偏振依赖性共振非弹性 X 射线散射：实验与计算研究）的文章。该篇文章被期刊评为特色文章（Featured）。

        Ga₂O₃ 是一种超宽禁带材料，其文献报道的带隙值在 4.4 到 4.9 eV 之间。它可作为一种透明导电氧化物（TCO）使用，兼具良好的电导率以及在紫外-可见光区域的透光性。Ga₂O₃ 已被广泛应用于多个领域，包括：用作 Cu(In,Ga)Se₂（CIGSe）基薄膜太阳能电池中的缓冲层或本征“高阻层”；应用于功率电子器件、日盲紫外探测器、气体传感器、催化材料及太空应用等。为了进一步推动这些器件（以及类似器件）的优化，深入而基础地理解其电子结构至关重要。

        本文采用氧 K 边的X射线发射与吸收光谱（XES/XAS），以及共振非弹性软X射线散射（RIXS）技术，研究了 β-Ga₂O₃ 单晶的体相电子结构。实验中通过调整晶面与入射 X 射线偏振矢量的相对取向，获取了不同方向下的光谱数据。结合基于密度泛函理论（DFT）与 Bethe–Salpeter 方程（BSE）的计算，并利用 OCEAN 程序考虑了核孔相互作用，对实验光谱进行了理论分析。计算结果能够准确再现实验光谱中的主要特征，显示出该方法在预测类似材料电子性质方面的潜力。研究发现，β-Ga₂O₃ 的电子结构具有明显的各向异性，且其结构中不等价氧原子的光谱贡献存在显著差异。

图 1 为 β-Ga₂O₃ 的常规晶胞。四面体配位的 Ga 原子（Ga1）和八面体配位的 Ga 原子（Ga2）分别用绿色和青色表示。不等价的 O 原子分别用红色（O1）、栗色（O2）和紫色（O3）表示。该图像由 VESTA 软件生成。

图 2. β-Ga₂O₃ 的O K RIXS图谱：左侧为实验结果，右侧为基于 BSE计算的模拟图谱。图中分别展示了三种不同偏振方向下的结果：ε exc ∥ a（下方）、ε exc ∥ b（中间）、ε exc ∥c（上方）。图中颜色代表发射能量的强度分布。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0252571