We have investigated the structural, vibrational, and electronic properties of the amorphous phase of InSb and In3SbTe2 compounds of interest for applications in phase change non-volatile memories. Models of the amorphous phase have been generated by quenching from the melt by molecular dynamics simulations based on density functional theory. In particular, we have studied the dependence of the structural properties on the choice of the exchange-correlation functional. It turns out that the use of the Becke-Lee-Yang-Parr functional provides models with a much larger fraction of In atoms in a tetrahedral bonding geometry with respect to previous results obtained with the most commonly used Perdew-Becke-Ernzerhof functional. This outcome is at odd with the properties of Ge2Sb2Te5 phase change compound for which the two exchange-correlation functionals yield very similar results on the structure of the amorphous phase.

1.
M.
Wuttig
and
N.
Yamada
,
Nat. Mater.
6
,
824
(
2007
).
2.
D.
Lencer
,
M.
Salinga
, and
M.
Wuttig
,
Adv. Mater.
23
,
2030
(
2011
).
3.
S.
Raoux
,
W.
Welnic
, and
D.
Ielmini
,
Chem. Rev.
110
,
240
(
2010
).
4.
A.
Pirovano
,
A. L.
Lacaita
,
A.
Benvenuti
,
F.
Pellizzer
, and
R.
Bez
,
IEEE Trans. Electron Devices
51
,
452
(
2004
).
5.
A. L.
Lacaita
and
A.
Redaelli
,
Microelectron. Eng.
109
,
351
(
2013
).
6.
G. W.
Burr
 et al,
IBM J. Res. Dev.
22
,
449
(
2008
).
7.
C. D.
Wright
,
Y.
Liu
,
K. I.
Kohary
,
M. M.
Aziz
, and
R. J.
Hicken
,
Adv. Mater.
23
,
3408
(
2011
);
[PubMed]
D.
Kuzum
,
R. G. D.
Jeyasingh
,
B.
Lee
, and
H.-S. P.
Wong
,
Nano Lett.
12
,
2179
(
2012
).
[PubMed]
8.
H. J.
Shin
,
Y. S.
Kang
,
A.
Benayad
,
K. H.
Kim
,
Y. M.
Lee
,
M. C.
Jung
,
T. Y.
Lee
,
D. S.
Suh
,
K. H. P.
Kim
,
C. K.
Kim
, and
Y.
Khang
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
021905
(
2008
).
9.
Y.
Maeda
,
H.
Andoh
,
I.
Ikuta
, and
H.
Minemura
,
J. Appl. Phys.
64
,
1715
(
1988
).
10.
E. T.
Kim
,
J. Y.
Lee
, and
Y. T.
Kim
,
Phys. Status Solidi RRL
3
,
103
(
2009
).
11.
Y. T.
Kim
,
E. T.
Kim
,
C. S.
Kim
, and
J. Y.
Lee
,
Phys. Status Solidi RRL
5
,
98
(
2011
).
12.
R.
Fallica
,
T.
Stoycheva
,
C.
Wiemer
, and
M.
Longo
,
Phys. Status Solidi RRL
11
,
1009
(
2013
).
13.
N.
Papandreou
,
A.
Pantazi
,
A.
Sebastian
,
E.
Eleftheriou
,
M.
Breitwisch
,
C.
Lam
, and
H.
Pozidis
,
Solid-State Electron.
54
,
991
(
2010
).
14.
K.
Daly-Flynn
and
D.
Strand
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
42
,
795
(
2003
).
15.
J. H.
Los
,
T. D.
Kühne
,
S.
Gabardi
, and
M.
Bernasconi
,
Phys. Rev. B
88
,
174203
(
2013
).
16.
R. O.
Jones
,
Rev. Mod. Phys.
87
,
897
(
2015
).
17.
S.
Caravati
,
M.
Bernasconi
,
T. D.
Kühne
,
M.
Krack
, and
M.
Parrinello
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
171906
(
2007
).
18.
J.
Akola
and
R. O.
Jones
,
Phys. Rev. B
76
,
235201
(
2007
).
19.
J.
Hegedüs
and
S. R.
Elliott
,
Nat. Mater.
7
,
399
(
2008
).
20.
E.
Spreafico
,
S.
Caravati
, and
M.
Bernasconi
,
Phys. Rev. B
83
,
144205
(
2011
).
21.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
22.
S.
Grimme
,
J.
Antony
,
S.
Ehrlich
, and
H.
Krieg
,
J. Chem. Phys.
132
,
154104
(
2010
).
23.
M.
Micoulaut
,
J. Chem. Phys.
133
,
061103
(
2013
);
M.
Micoulaut
,
M.-V.
Coulet
,
A.
Piarristeguy
,
M.
Johnson
,
C. J.
Cuello
,
C.
Bichara
,
H.
Flores-Ruiz
, and
Pradel
A
,
Phys. Rev. B
89
,
174205
(
2014
);
M.
Micoulaut
,
K.
Gunasekera
,
S.
Ravindren
, and
P.
Boolchand
,
Phys. Rev. B
90
,
094207
(
2014
).
24.
K.
Lee
,
E. D.
Murray
,
L.
Kong
,
B. I.
Lundqvist
, and
D. C.
Langreth
,
Phys. Rev. B
82
,
081101
(
2010
).
25.
J. Y.
Raty
,
W.
Zhang
,
J.
Luckas
,
C.
Chen
,
R.
Mazzarello
,
C.
Bichara
, and
M.
Wuttig
,
Nat. Commun.
7
,
7467
(
2015
).
26.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
27.
M.
Micoulaut
,
R.
Vuilleumier
, and
C.
Massobrio
,
Phys. Rev. B
79
,
214205
(
2009
).
28.
S.
Le Roux
,
A.
Bouzid
,
M.
Boero
, and
C.
Massobrio
,
J. Chem. Phys.
138
,
174505
(
2013
).
29.
S.
Caravati
and
M.
Bernasconi
,
Phys. Status Solidi B
252
,
261
(
2015
).
30.
K. Y.
Kim
,
D.-Y.
Cho
,
B.-Ki
Cheong
,
D.
Kim
,
H.
Horii
, and
S.
Han
,
J. Appl. Phys.
113
,
134302
(
2013
).
31.
J. H.
Los
,
T. D.
Kühne
,
S.
Gabardi
, and
M.
Bernasconi
,
Phys. Rev. B
87
,
184201
(
2013
).
32.
J. H.
Los
,
S.
Gabardi
,
M.
Bernasconi
, and
T. D.
Kühne
,
Comput. Mater. Sci.
117
,
7
(
2016
).
33.
T. D.
Kühne
,
M.
Krack
,
F. R.
Mohamed
, and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
066401
(
2007
).
34.
R.
Car
and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. Lett.
55
,
2471
(
1985
).
35.
T. D.
Kühne
,
M.
Krack
, and
M.
Parrinello
,
J. Chem. Theory Comput.
5
,
235
(
2009
).
36.
J.
VandeVondele
,
M.
Krack
,
F.
Mohamed
,
M.
Parrinello
,
T.
Chassaing
, and
J.
Hutter
,
Comput. Phys. Commun.
167
,
103
(
2005
).
37.
M.
Krack
and
M.
Parrinello
, in
High Performance Computing in Chemistry NIC
, edited by
J.
Grotendorst
(
FZ Jülich
,
2004
), Vol.
25
, pp.
29
-
51
; www.cp2k.org.
38.
S.
Gödecker
,
M.
Teter
, and
J.
Hutter
,
Phys. Rev. B
54
,
1703
(
1996
);
M.
Krack
,
Theor. Chem. Acc.
114
,
145
(
2005
).
39.
J. P.
Rino
,
D. S.
Borges
, and
S. C.
Costa
,
J. Non-Cryst. Solids
348
,
17
(
2004
).
40.
O.
Madelung
,
Semiconductors: Data Handbook
(
Springer Verlag
,
Berlin
,
2004
), pp.
154
-
161
.
41.
K.
Deneke
and
A.
Rabenau
,
Z. Anorg. Allg. Chem.
333
,
201
(
1964
).
42.
T.
Schröder
,
T.
Rosenthal
,
S.
Grott
,
C.
Stiewe
,
J.
de Boor
, and
O.
Oeckler
,
Z. Anorg. Allg. Chem.
639
,
2536
(
2013
).
43.
J. H.
Los
and
T. D.
Kühne
,
Phys. Rev. B
87
,
214202
(
2013
).
44.
R. L.
McGreevy
and
L.
Pusztai
,
Mol. Simul.
1
,
359
(
1988
).
45.
R. L.
McGreevy
,
J. Phys.: Condens. Matter
13
,
R877
(
2001
).
46.
N. J.
Shevchik
and
W.
Paul
,
J. Non-Cryst. Solids
16
,
55
(
1974
).
47.
S.
Caravati
,
M.
Bernasconi
,
T. D.
Kühne
,
M.
Krack
, and
M.
Parrinello
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
255501
(
2009
);
[PubMed]
errata,
S.
Caravati
,
M.
Bernasconi
,
T. D.
Kühne
,
M.
Krack
, and
M.
Parrinello
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
499803
(
2009
);
errata,
S.
Caravati
,
M.
Bernasconi
,
T. D.
Kühne
,
M.
Krack
, and
M.
Parrinello
,
J. Phys.: Condens. Matter
22
,
399801
(
2010
).
48.
S.
Caravati
,
M.
Bernasconi
, and
M.
Parrinello
,
J. Phys.: Condens. Matter
22
,
315801
(
2010
).
49.
S.
Gabardi
,
S.
Caravati
,
M.
Bernasconi
, and
M.
Parrinello
,
J. Phys.: Condens. Matter
24
,
385803
(
2012
).
50.
R.
Mazzarello
,
S.
Caravati
,
S.
Angioletti-Uberti
,
M.
Bernasconi
, and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
085503
(
2010
);
[PubMed]
R.
Mazzarello
,
S.
Caravati
,
S.
Angioletti-Uberti
,
M.
Bernasconi
, and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
039902(E)
(
2011
).
51.
A.
Bouzid
and
C.
Massobrio
,
J. Chem. Phys.
137
,
046101
(
2012
).
52.
S.
Caravati
,
D.
Colleoni
,
R.
Mazzarello
,
T. D.
Kühne
,
M.
Krack
,
M.
Bernasconi
, and
M.
Parrinello
,
J. Phys.: Condens. Matter
23
,
265801
(
2011
).
53.
G. C.
Sosso
,
S.
Caravati
,
R.
Mazzarello
, and
M.
Bernasconi
,
Phys. Rev. B
83
,
134201
(
2011
).
54.
S.
Caravati
,
M.
Bernasconi
, and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. B
81
,
014201
(
2010
).
55.
O.
Shimomurka
,
A.
Saumin
,
N.
Sakai
, and
S.
Minomura
,
Philos. Mag.
34
,
839
(
1976
).
56.
J. R.
Errington
and
P. G.
Debenedetti
,
Nature
409
,
318
(
2001
).
57.
D. S.
Franzblau
,
Phys. Rev. B
44
,
4925
(
1991
).
58.
H. J.
Monkhorst
and
J. D.
Pack
,
Phys. Rev. B
13
,
5188
(
1976
).
59.
60.
V.
Deringer
,
W.
Zhang
,
P.
Rausch
,
R.
Mazzarello
,
R.
Dronskowski
, and
M.
Wuttig
,
J. Mater. Chem. C
3
,
9519
(
2015
).
61.
J. H. C.
Hogg
and
H. H.
Sutherland
,
Acta Cryst.
32
,
2689
(
1976
).
62.
A. V.
Krukau
,
O. A.
Vydrov
,
A. F.
Izmaylov
, and
G. E.
Scuseria
,
J. Chem. Phys.
125
,
224106
(
2006
).
63.
L.-M.
Peng
,
S. L.
Dudarev
, and
M. J.
Whelan
,
High Energy Electron Diffraction and Microscopy
(
Oxford University Press
,
Oxford
,
2004
).
64.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4950817 for further details on the structural properties of InSb and In3SbTe2.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.