过渡金属(Cr,Mn,Fe,Co)掺杂对TiO2磁性影响的第一性原理研究

• 作者: 刘晨曦 刘桂安 史蕾倩 庞国旺 张丽丽 潘多桥 王少霞 赵旭才 雷博程 黄以能
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: TiO2 电子结构 磁性 光学性质
• 年，卷（期）: 2020,（19）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
• 页码范围: 272-280
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.69.20200644

摘要

关于过渡金属掺杂TiO2是否会产生室温铁磁性及其磁性的来源存在争议,为了解决此问题,本文采用基于密度泛函理论下的GGA+U方法对体系Ti0.875X0.125O2(X=Cr,Mn,Fe,Co)的磁学性质及光学性质进行了第一性原理的研究.首先计算了铁磁和反铁磁的基态能量,比较后推测出铁磁态为它们的基态;分析能带结构发现Ti0.875Cr0.125O2和Ti0.875Mn0.125O2两种体系保持半导体性质,Ti0.875Fe0.125O2和Ti0.875Co0.125O2两种体系表现金属特性;掺杂体系都产生了室温铁磁性,磁性来源主要是过渡金属元素(Cr,Mn,Fe,Co)3d电子轨道诱导极化了周围的O-2p态自旋电子,导致体系产生净磁矩而呈现铁磁性;掺杂体系的吸收光谱均发生了红移,有效扩展了对可见光的吸收范围.