基于DFT+$U$的掺杂TiO$_2$(锐钛矿)体系的电子结构与有效质量分析
材料科学
2022-08-19 v2
摘要
本工作中，使用DFT+计算了若干掺杂TiO锐钛矿体系的电子结构。同时计算了电荷载流子的有效质量，以量化掺杂原子如何扰动宿主锐钛矿材料的能带。值通过线性响应方法对所有掺杂剂系统计算得到，而非采用对已知物理量的拟合流程。考虑将块与块元素组合(Nb、Ta、V、Mo、W、Cr、La、Cu、Co和Ce)作为掺杂剂。根据其外层或电子的能量，发现掺杂剂在宿主锐钛矿体系的能带结构中不同位置形成缺陷态。部分掺杂剂如Cr、Mo等形成带隙中间态，可能降低透明度。其他掺杂剂如Nb、Ta和W的费米能级位于导带边附近，表明这些体系呈现型导电性。由有效质量分析可知，掺杂剂增大了电荷载流子的有效质量以及能带的非抛物线性。基于电子结构与有效质量分析，识别出Nb、Ta和W相比此处考虑的其他掺杂剂具有更高的透明度和导电性。本文给出的理论结果增进了我们的理解，并展示了掺杂剂改变锐钛矿TiO性质的潜力。
引用
@article{arxiv.2205.07218,
title = {Electronic structure and effective mass analysis of doped TiO$_2$ (anatase) systems using DFT+$U$},
author = {Abhishek Raghav and Kenta Hongo and Ryo Maezono and Emila Panda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.07218},
year = {2022}
}
备注
Accepted version, 19 pages, 22 figures