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金红石TiO2本征缺陷磁性的第一性原理计算

林俏露 李公平 许楠楠 刘欢 王苍龙

金红石TiO2本征缺陷磁性的第一性原理计算

林俏露, 李公平, 许楠楠, 刘欢, 王苍龙
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  • 基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法模拟计算了金红石相TiO2的四种本征缺陷(氧空位、钛空位、钛间隙缺陷、氧间隙缺陷)和两种复合缺陷(氧空位与氧间隙复合缺陷、钛空位与钛间隙复合缺陷)的铁磁特性.结合态密度、电子分布及晶体结构变化分析可知,四种本征缺陷均会在系统内引入缺陷态.氧空位、钛间隙缺陷使费米面升高,引起自旋极化,引入磁矩分别为1.62 B与3.91 B;钛空位的缺陷态处于价带顶,使费米面进入价带,表现出明显的p型半导体特性,引入磁矩约为2.47 B;氧间隙缺陷引入缺陷态但仍然处于自旋对称状态,费米面略微下降;氧空位与氧间隙复合缺陷使费米面上升的程度比单个氧空位时大,模拟的超晶胞保持了氧空位的铁磁特性,大小为1.63 B;钛空位与钛间隙复合缺陷以反铁磁方式耦合,但超晶胞仍具有一定的铁磁特性.
      通信作者: 李公平, ligp@lzu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11575074,11304324)和山东大学晶体材料国家重点实验室开放基金(批准号:KF1311)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-02
  • 修回日期:  2016-10-12
  • 刊出日期:  2017-02-05

金红石TiO2本征缺陷磁性的第一性原理计算

  • 1. 兰州大学核科学与技术学院, 兰州 730000;
  • 2. 中国科学院近代物理研究所, 兰州 730000
  • 通信作者: 李公平, ligp@lzu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11575074,11304324)和山东大学晶体材料国家重点实验室开放基金(批准号:KF1311)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法模拟计算了金红石相TiO2的四种本征缺陷(氧空位、钛空位、钛间隙缺陷、氧间隙缺陷)和两种复合缺陷(氧空位与氧间隙复合缺陷、钛空位与钛间隙复合缺陷)的铁磁特性.结合态密度、电子分布及晶体结构变化分析可知,四种本征缺陷均会在系统内引入缺陷态.氧空位、钛间隙缺陷使费米面升高,引起自旋极化,引入磁矩分别为1.62 B与3.91 B;钛空位的缺陷态处于价带顶,使费米面进入价带,表现出明显的p型半导体特性,引入磁矩约为2.47 B;氧间隙缺陷引入缺陷态但仍然处于自旋对称状态,费米面略微下降;氧空位与氧间隙复合缺陷使费米面上升的程度比单个氧空位时大,模拟的超晶胞保持了氧空位的铁磁特性,大小为1.63 B;钛空位与钛间隙复合缺陷以反铁磁方式耦合,但超晶胞仍具有一定的铁磁特性.

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