TiO2 多晶型的稳定性、电子结构与光学性质

声子态密度计算表明，具有方石英结构的新型 TiO2 多晶型在力学上是稳定的。给出了 9 种 TiO2 多晶型在不同压力下的焓值，以研究 TiO2 多晶型的相对稳定性。采用广义梯度近似下的密度泛函理论计算了 TiO2 多晶型的能带结构，并利用 GW 方法修正了高对称 k 点处的能带能量，从而精确确定带隙。对于金红石型、斜方锰矿型和斜锆石型 TiO2，直接带隙能量与间接带隙能量之差非常小，表明其具有准直接带隙特征。斜锆石型（准直接）和板钛矿型（直接）TiO2 的带隙能量与锐钛矿型（间接）TiO2 相近。新预测的具有方石英结构的 TiO2 的带隙比其他 8 种多晶型更宽。在光学响应计算中，通过求解库仑关联电子 - 空穴对的 Bethe-Salpeter 方程包含了双粒子效应。具有氯铜矿型、黄铁矿型和萤石型结构的 TiO2 在可见光区域具有光学跃迁。