Ni离子掺杂锐钛矿相TiO2体系的第一性原理研究

摘要

采用自旋密度泛函理论的第一性原理方法并结合晶体配位场理论,研究了Ni离子掺杂锐钛矿相TiO2体系(NixTi1-xO2;NixTiO2)的几何结构、缺陷形成能、电子结构以及磁性特征等问题.结果表明:实验上发现的有关Ni掺杂TiO2体系的很多矛盾,如:晶粒体积的增减、掺杂Ni离子的不同价态、吸收光谱带边移动方向和体系磁性特征的差异等问题都可归因于Ni离子掺杂类型的不同(Nin;Nim).分析表明,不同的Ni离子掺杂类型导致所成Ni-O键的键长和电荷布居不同,从而使Ni离子呈现不同的价态,这也是体系宏观电学和磁学性能差异的根本原因.形成能计算表明,通过控制Ni-TiO2晶体生长过程中的氧环境,可以人为的控制Ni离子的掺杂类型.