金红石型TiO2点缺陷性质的第一性原理研究

本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了金红石相TiO2点缺陷的电子性质,结果表明氧空位缺陷使晶体的费米能量升高,在能隙中没有产生杂质能级.钛空位缺陷使晶体的费米能量降低,并在价带顶部产生了一个杂质能级,与价带顶能量相差约0.4 eV.本文还计算了金红石相TiO2在具有氧空位和钛空位点缺陷情况下的键长变化、态密度和电荷布居状况.     

金红石结构TiO2晶体点缺陷形成能的经验途径计算

基于经验参数化途径,通过对晶体结构、晶格形成能、介电性质和弹性实验数据拟合确定金红石结构氧化物晶体TiO₂的电子壳模型参数和非Coulomb互作用势参数.计算点 缺陷形成能.论证Schottky缺陷是金红石结构TiO₂中的本征缺陷. 关键词： 2')" href="#">金红石TiO₂ 点缺陷形成能 电子壳模型 经验途径计算     

Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:纯金红石的禁带宽度为3.0eV,Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21eV,导带顶和价带底都位于G点处,仍为直接带隙,在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级;Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85eV,在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成,导带和价带都向低能级方向移动;Co-Cr共掺杂,由于电子的强烈杂化,使O-2p态和Ti-3d态向Co-3d和Cr-3d态移动,使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动,极大地减小了禁带的宽度,也是共掺杂改性的离子选择依据.掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动;在E2.029eV的范围内,纯金红石的ε2、k和吸收系数为零,掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度,Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂,说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁,具有更佳的可见光催化性能.     

N-Mo-W共掺杂金红石相TiO_2的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理与平面波超软赝势法是目前对物质光学性质计算的成熟手段,本文利用MS软件采取该方法对金红石相TiO_2进行了不同掺杂情况下的模拟计算.内容包括未掺杂与单掺杂Mo、单掺杂N、共掺杂Mo-N以及共掺杂N-Mo-W这五种不同情况下TiO_2的能带结构、电子态密度与光学性质分析,通过对计算得出的数据分析有以下结论:单掺杂能改变TiO_2禁带宽度,但相对于共掺杂Mo-N和W-N以及N-Mo-W来说效果欠佳.其中,掺杂W时由于在导带底中出现新的杂质能级,并出现了导带下降幅度大于价带下降幅度的情况,禁带宽度变窄,使得在单掺杂情况中效果明显.而共掺杂中N-Mo-W的价带出现清晰的杂质能级,并且由于该能级介于费米能级附近的关系使得价电子跃迁至导带更为容易,并且此时能级密度较大也是掺杂效果明显的一个重要原因.     

金红石结构TiO2晶体点缺陷形成能的经验途径计算

基于经验参数化途径 ,通过对晶体结构、晶格形成能、介电性质和弹性实验数据拟合确定金红石结构氧化物晶体TiO2 的电子壳模型参数和非Coulomb互作用势参数 .计算点缺陷形成能 .论证Schottky缺陷是金红石结构TiO2中的本征缺陷 .     

Al-N共掺杂金红石相TiO_2的第一性原理研究

本文采用了基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对金红石相TiO_2进行了计算,其中内容包括未掺杂与单掺杂Al、单掺杂N以及共掺杂Al-N这四种不同情况下TiO_2的能带结构与态密度和光吸收系数的研究.计算结果表明:单掺杂Al和N时,均不同程度地改变了其能带结构,光吸收能力均有提高但效果不佳.在共掺杂Al-N时,TiO_2晶格常数产生了改变,并出现了新的杂质能级.由于杂质能级存在于TiO_2禁带范围内,减小了电子跃迁至导带所需能量,从而提高了其光吸收能力,其效果相对于单掺杂来说更有明显提高.     

共掺杂金红石TiO2的电子结构和红外光谱研究

本文对大别山双河、碧溪岭地区硬玉石英岩中的金红石进行了Fourier变换红外光谱(FTIR)分析, 结果显示所有金红石颗粒分别在3280 cm^-1和3295 cm^-1 出现强的吸收峰. 基于前人提出H在金红石结构中以孔道中心(CC)和八面体共边(BOE)方式存在的两种模型, 本文采用第一性原理计算方法研究了掺杂(Al, H)和(Fe, H)时金红石相TiO₂的晶体结构和电子结构. 根据O—H键的振动频率和O—H…O键中O—O之间距离的经验关 关键词： 2')" href="#">金红石相TiO₂ 孔道中心 电子结构 第一性原理     

高氧空位浓度对金红石TiO2导电性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了 纯的和不同高氧空位浓度金红石型TiO_2-x (x=0, 0.083, 0.125, 0.167, 0.25)超胞的能带结构分布、态密度分布.同时, 采用局域密度近似+U方法调准了带隙.结果表明, 高氧空位浓度越高, 金红石型TiO₂的最小带隙越变窄、电子有效质量越减小, 自由电子浓度越高, 电子迁移率越低、电导率越低.计算结果与实验结果的变化趋势相符合. 关键词： 高氧空位 2')" href="#">金红石型TiO₂ 电导率 第一性原理     

重氧空位对金红石型和锐钛矿型TiO2导电性能影响的模拟计算

基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,构建了未掺杂与相同重氧空位金红石型和锐钛矿型TiO_1.9375超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、能带结构分布和态密度分布的计算. 结果表明,氧空位后金红石型和锐钛矿型TiO₂体系体积均变大,同时,锐钛矿型TiO_1.9375超胞的稳定性、迁移率以及电导率均高于金红石型TiO_1.9375超胞. 计算结果和实验结果相一致. 关键词： 重氧空位 2')" href="#">金红石型和锐钛矿型TiO₂ 导电性能 第一性原理     

稀土掺杂金红石相TiO2的第一性原理的定性计算

稀土掺杂金红石相TiO2的禁带宽度(带隙)是影响其吸收波长的主要因素,其决定TiO2的光催化活性.利用第一性原理密度泛函理论(Ab initio DFT)得出17种稀土掺杂金红石相TiO2的能态密度(DOS),结果表明:除Lu、Y、Yb和Sc四种稀土增大金红石相TiO2带隙外,其余13种稀土均很大程度地降低金红石相TiO2的带隙.因此,稀土掺杂金红石相TiO2具有广阔的研究前景.     

Defect-induced ferromagnetism in rutile TiO_2 : A first-principles study

Based on first-principles calculations, the electronic and magnetic properties of undoped and Li-doped rutile TiO2 have been studied. The results demonstrate that a cation vacancy can arouse ferromagnetism in TiO2 and the magnetic moment mainly comes from p orbitals of O atoms around the Ti vacancy. However, the Ti vacancy under normal conditions is very difficult to form due to its high formation energy. Our calculations indicate that Li-doped TiO2 can reduce the formation energy while keeping the magnetism. The large magnetization energy indicates that Li-doped TiO2 is a promising room-temperature diluted magnetic semiconductor.     

Dual behavior of excess electrons in rutile TiO2

The behavior of electrons in the conduction band of TiO₂ and other transition‐metal oxides is key to the many applications of these materials. Experiments seem to produce conflicting results: optical and spin‐resonance techniques reveal strongly localized small polarons, while electrical measurements show high mobilities that can only be explained by delocalized free electrons. By means of hybrid functional calculations we resolve this apparent contradiction and show that small polarons can actually coexist with delocalized electrons in the conduction band of TiO₂, the former being energetically only slightly more favorable. We also find that small polarons can form complexes with oxygen vacancies and ionized shallow‐donor impurities, explaining the rich spectrum of Ti³⁺ species observed in electron spin resonance experiments. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Lattice deffects in rutile,TiO2

Abstract

Rutile, TiO₂ having relatively high melting point exhibits strong optical absorption after neutron irradiation (8 × 10¹⁶ n_r/cm²) at 15K. The band peak is located near 0. 96 μ having FWHM 0. 87 eV (at LNT). After inverse recovery at 120K, lattice defects due probably to F centers are annealed out at about 220K.     

First-principles study of stability of point defects and their effects on electronic properties of GaAs/AlGaAs superlattice

When the GaAs/AlGaAs superlattice-based devices are used under irradiation environments, point defects may be created and ultimately deteriorate their electronic and transport properties. Thus, understanding the properties of point defects like vacancies and interstitials is essential for the successful application of semiconductor materials. In the present study, first-principles calculations are carried out to explore the stability of point defects in GaAs/Al_0.5Ga_0.5As superlattice and their effects on electronic properties. The results show that the interstitial defects and Frenkel pair defects are relatively difficult to form, while the antisite defects are favorably created generally. Besides, the existence of point defects generally modifies the electronic structure of GaAs/Al_0.5Ga_0.5As superlattice significantly, and most of the defective SL structures possess metallic characteristics. Considering the stability of point defects and carrier mobility of defective states, we propose an effective strategy that Al_As, Ga_As, and Al_Ga antisite defects are introduced to improve the hole or electron mobility of GaAs/Al_0.5Ga_0.5As superlattice. The obtained results will contribute to the understanding of the radiation damage effects of the GaAs/AlGaAs superlattice, and provide a guidance for designing highly stable and durable semiconductor superlattice-based electronics and optoelectronics for extreme environment applications.     

高温氧气热处理对TiO_2晶体结构和铁磁性的影响

金红石TiO_2晶体先在真空中进行退火处理,随后在1173 K的氧气中进行不同时间(2 h、5 h、8 h)的热处理.理论上,通过Doppler程序计算了晶体中存在单空位、双空位和间隙O原子时的正电子湮没寿命.实验上,利用正电子湮没寿命谱仪、符合多普勒能谱仪和超导量子干涉仪分别表征了氧气退火后晶体内部的缺陷结构和常温铁磁性.分析结果得出:真空退火晶体的常温铁磁性主要与O空位的存在相关联;而经过氧气退火后,虽然极大地减少了氧空位,但晶体中却产生了大量的Ti双空位,这使得晶体的常温铁磁性有所增加.     

锐钛矿型TiO2(101)面本征点缺陷的理论研究

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO₂(101)面存在本征空位和间隙点缺陷的几何结构以及缺陷形成能.首先分析了点缺陷对表面结构的影响,发现不同类型缺陷导致缺陷周围原子有不同的位移趋势：O空位的产生导致空位周围的Ti原子向空位外移动,Ti₁和Ti₂空位的产生均使O₁自发地与周围的O原子团聚,O_i原子易被周围的氧原子吸附而成键,而Ti_i2缺陷几乎 关键词： 第一性原理 2')" href="#">TiO₂ 点缺陷 表面结构