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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

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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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