第一性原理研究钨掺杂对锐钛矿物性的影响?

摘要：

在实验上, W掺杂量在0.02083—0.04167的范围内时,有关掺杂体系的电导率影响的研究有两种相悖的结论.为解决这个问题,本文采用第一性原理平面波模守恒赝势方法,首先构建了两种Ti0.97917W0.02083O2和Ti0.95833W0.04167O2超胞模型,分别对这两种模型进行了几何结构优化、能带结构分布和态密度分布计算.同时还计算了掺杂体系的电子浓度、有效质量、迁移率和电导率.计算结果表明,在电子自旋极化或电子非自旋极化的条件下,W掺杂浓度越大、掺杂体系的电子浓度越大、有效质量越小、迁移率越小、电导率越大、导电性能越强.由电离能和Bohr半径分析进一步证实了Ti0.95833W0.04167O2超胞的导电性能优于Ti0.97917W0.02083O2超胞.为了研究掺杂体系的结构稳定性和形成能,又分别构建了Ti0.96875W0.03125O2, Ti0.9375W0.0625O2两种超胞模型,几何结构优化后进行了计算,结果表明,在电子自旋极化或电子非自旋极化的条件下,在W掺杂量为0.02083—0.04167的范围内, W掺杂浓度越大、掺杂体系的总能量越高、稳定性越差、形成能越大、掺杂越困难.将掺杂体系的晶格常数与纯的锐钛矿TiO2相比较,发现沿a轴方向的晶格常数变大、沿c轴方向的晶格常数变小、掺杂体系的体积变大,计算结果与实验结果相符合.在电子自旋极化的条件下,掺杂体系形成了半金属化的室温铁磁性稀磁半导体.

关键词：W掺杂、锐钛矿TiO2、物性、第一性原理

分类号：H17;B56

资助基金：国家自然科学基金61366008,11272142;教育部“春晖计划”和内蒙古自治区高等学校科学研究项目批准号:NJZZ13099资助的课题.* Project supported by the National Natural Science Foundation of ChinaGrant .61366008,11272142;the “Spring Sunshine” Project of the Ministry of Education of China, and the College Science Research Project of Inner Mongolia Autonomous Region, ChinaGrant NJZZ13099

在线出版日期：2016-03-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共1页

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