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H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究

石瑜 白洋 莫丽玢 向青云 黄亚丽 曹江利

H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究

石瑜, 白洋, 莫丽玢, 向青云, 黄亚丽, 曹江利
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  • α-Fe2O3是一种重要的磁性半导体材料, 在电子器件中应用广泛, 具有重要的研究意义. 本文基于密度泛函理论, 采用GGA+U方法, 应用第一性原理对间隙H掺杂前后的六方相α-Fe2O3的晶格常数、态密度、Bader 电荷分布进行了计算分析. 研究了U值对结果的影响, 发现U=6 eV时, 体相α-Fe2O3的晶胞平衡体积、Fe原子磁矩、带隙值与实验值最符合. 在选取合适U值后, 第一性原理计算结果表明, H掺杂后, 间隙H部分被氧化, 其最近邻的Fe 和O部分被还原, H和O有一定程度的成键. 在费米面附近, 出现了新的杂化能级, 杂化能级扩展了价带顶的宽度, 同时导带底下移, 引起带隙减小, 表明H掺杂是一种有效的能带结构调控方法.
    • 基金项目: 中央高校基本科研经费专项资金(批准号:FRF-SD-12-027A,FRF-TP-13-047)、新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-12-0778)和科技部创新方法工作专项项目(批准号:2012IM030500)资助的课题.
    [1]

    Droubay T, Rosso K M, Heald S M, McCready D E, Wang C M, Chambers S A 2007 Phys. Rev. B 75 104412

    [2]

    Amrit B, Velev J, Butler W H, Sarker S K, Bengone O 2004 Phys. Rev. B 69 174429

    [3]

    Pozun Z D, Henkelman G 2011 J. Chem. Phys. 134 224706

    [4]

    Shinde S S, Bhosale C H, Rajpure K Y 2011 J. Alloys Compd. 509 3943

    [5]

    Meng X Y, Qin G W, Li S, Wen X H, Ren Y P, Pei W L, Zuo L 2011 Appl. Phys. Lett. 98 112104

    [6]

    Zhang L, Xu M, Yu F, Yuan H, Ma T 2013 Acta Phys. Sin. 62 027501 (in Chinese) [张丽, 徐明, 余飞, 袁欢, 马涛 2013 物理学报 62 027501]

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    Zhang H, Liu Y J, Pan L H, Zhang Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 7141 (in Chinese) [张晖, 刘拥军, 潘丽华, 张瑜 2009 物理学报 58 7141]

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    Pan F, Ding B F, Fa T, Cheng F F, Zhou S Q, Yao S D 2011 Acta Phys. Sin. 60 108501 (in Chinese) [潘峰, 丁斌峰, 法涛, 成枫锋, 周生强, 姚淑德 2011 物理学报 60 108501]

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    Wang B B, Zhou J, Zhang H P, Chen J P 2014 Chin. Phys. B 23 087303

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    Xu Y, Jin Z M, Zhang Z B, Zhang Z Y, Lin X, Ma G H, Cheng Z X 2014 Chin. Phys. B 23 044206

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    Wang C, Wang F F, Fu X Q, Zhang E D, Xu Z 2011 Chin. Phys. B 20 050701

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    Shwarsctein A K, Hu Y S, Forman A J, Stucky G D, McFarland E W 2008 J. Phys. Chem. C 112 15900

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    Shwarsctein A K, Huda M N, Walsh A, Yan Y F, Stucky G D, Hu Y S, Al-Jassim M M, McFarland E W 2010 Chem. Mater. 22 510

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    Chen W P, Wang J, Wang D Y, Wang Y, Qi J Q, Chan H L W 2004 Physica B 353 41

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    Cao J L, Wang X H, Zhang L, Liu M, Li L T 2003 Ceram. Int. 29 327

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    [38]

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  • [1]

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    [2] 刘祥, 米文博. Verwey相变处Fe3O4的结构、磁性和电输运特性. 物理学报, 2020, 69(4): 040505. doi: 10.7498/aps.69.20191763
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    [7] 汪静丽, 陈子玉, 陈鹤鸣. 基于Si3N4/SiNx/Si3N4三明治结构的偏振无关1 × 2多模干涉型解复用器的设计. 物理学报, 2020, 69(5): 054206. doi: 10.7498/aps.69.20191449
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    [10] 周旭聪, 石尚, 李飞, 孟庆田, 王兵兵. 利用双色激光场下域上电离谱鉴别H32+ 两种不同分子构型. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200013
    [11] 周瑜, 操礼阳, 马晓萍, 邓丽丽, 辛煜. 脉冲射频容性耦合氩等离子体的发射探针诊断. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191864
    [12] 吴雨明, 丁霄, 王任, 王秉中. 基于等效介质原理的宽角超材料吸波体的理论分析. 物理学报, 2020, 69(5): 054202. doi: 10.7498/aps.69.20191732
    [13] 黄永峰, 曹怀信, 王文华. 共轭线性对称性及其对\begin{document}$ {\mathcal{P}}{\mathcal{T}} $\end{document}-对称量子理论的应用. 物理学报, 2020, 69(3): 030301. doi: 10.7498/aps.69.20191173
    [14] 赵建宁, 刘冬欢, 魏东, 尚新春. 考虑界面接触热阻的一维复合结构的热整流机理. 物理学报, 2020, 69(5): 056501. doi: 10.7498/aps.69.20191409
    [15] 刘厚通, 毛敏娟. 一种无需定标的地基激光雷达气溶胶消光系数精确反演方法. 物理学报, 2019, 68(7): 074205. doi: 10.7498/aps.68.20181825
    [16] 李闯, 李伟伟, 蔡理, 谢丹, 刘保军, 向兰, 杨晓阔, 董丹娜, 刘嘉豪, 陈亚博. 基于银纳米线电极-rGO敏感材料的柔性NO2气体传感器. 物理学报, 2020, 69(5): 058101. doi: 10.7498/aps.69.20191390
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-31
  • 修回日期:  2015-01-07
  • 刊出日期:  2015-06-05

H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究

  • 1. 北京科技大学, 新材料技术研究院, 北京 100083
    基金项目: 

    中央高校基本科研经费专项资金(批准号:FRF-SD-12-027A,FRF-TP-13-047)、新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-12-0778)和科技部创新方法工作专项项目(批准号:2012IM030500)资助的课题.

摘要: α-Fe2O3是一种重要的磁性半导体材料, 在电子器件中应用广泛, 具有重要的研究意义. 本文基于密度泛函理论, 采用GGA+U方法, 应用第一性原理对间隙H掺杂前后的六方相α-Fe2O3的晶格常数、态密度、Bader 电荷分布进行了计算分析. 研究了U值对结果的影响, 发现U=6 eV时, 体相α-Fe2O3的晶胞平衡体积、Fe原子磁矩、带隙值与实验值最符合. 在选取合适U值后, 第一性原理计算结果表明, H掺杂后, 间隙H部分被氧化, 其最近邻的Fe 和O部分被还原, H和O有一定程度的成键. 在费米面附近, 出现了新的杂化能级, 杂化能级扩展了价带顶的宽度, 同时导带底下移, 引起带隙减小, 表明H掺杂是一种有效的能带结构调控方法.

English Abstract

参考文献 (38)

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