氮化锗是一种具有优异力学性质和热力学性能的材料，可用于高温结构材料、催化剂、发光二极管和难熔陶瓷。目前，研究主要集中在氮化硼和氮化硅材料上，对氮化锗的研究相对较少。由于锗原子的载流子迁移率高于硅原子，用锗制造的半导体场效应管具有更优异的性能。此外，氮化锗还具有耐腐蚀、高硬度和可调节的带隙等优点，具有广阔的应用前景。
研究人员采用量子化学从头算方法，对氮化锗的四方、单斜和正交结构同质异相体进行了微结构、态密度和声子谱的研究。研究结果表明，在020GPa范围内，这三种相都能保持结构稳定，形成焓为负值，弹性常数满足Born稳定性准则，声子谱无虚频。温度变化会影响晶胞体积，从而改变体模量。这三种氮化锗都属于半导体，存在明显的Ge原子和N原子之间的s-p杂化现象。增加压强会诱发离域电子，从而使带隙减小。研究还对氮化锗的热力学性质进行了研究，结果表明温度和压强对热膨胀系数、熵、热容、德拜温度和格林爱森参数产生明显影响。m-Ge3N4和t-Ge3N4的热膨胀系数分别是o-Ge3N4的3倍和2倍。t-Ge3N4和o-Ge3N4的晶格谐振频率基本不受温度影响。
另一组研究人员采用第一原理框架下的平面波+赝势方法，对氮化锗的三种新结构进行了计算。计算结果表明，四方、单斜和正交结构的氮化锗满足力学和热力学稳定条件，可以稳定存在。其中，o-Ge3N4的抗剪切能力和硬度最高。研究还得到了三种相的声子谱、介电函数、能量损失谱和光吸收谱。研究发现，在可见光区域，这三种相的吸收都很弱，主要呈现紫外吸收特征。介电函数虚部的峰值是由N-2p轨道的电子向Ge-4s和4p轨道跃迁形成的。声子谱表现出N原子和Ge原子杂化的特征。
[1]仓玉萍,陈东,杨帆,杨慧明。氮化锗多形体的四方、单斜和正交畸变的理论研究[J]。高等学校化学学报,2016,37(04):674-681。
[2]陈东,姚晓玲,杨帆,杨慧明。三种新型氮化锗材料的第一原理原子尺度研究[J]。信阳师范学院学报(自然科学版),2017,30(01):32-36。
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