GGA+U方法研究不同浓度Cr掺杂对TiO_(2)的磁性和光学性质的影响

摘要

本文采用基于第一性原理的GGA+U方法,计算研究了本征态锐钛矿TiO_(2)和不同浓度Cr掺杂锐钛矿TiO_(2)(1/8、1/16、1/32 )的电子结构、磁性及光学性质. 计算结果表明:所有掺杂体系中Ti_(0.9375) Cr_(0.0625) O_(2)的结合能最小,因此Ti_(0.9375) Cr_(0.0625) O_(2)体系的稳定性要高于Ti_(0.875) Cr_(0.125) O_(2)、Ti_(0.96875) Cr_(0.03125) O_(2)体系;Cr元素的掺入导致掺杂后体系发生晶格畸变,这有利于光生空穴和电子对的分离,提高其光催化性能;同时,由于Cr-3d和O-2p电子相互作用,使得掺杂体系呈现出铁磁性质,并且随着掺杂浓度的增加会使体系具有更好的铁磁性质;掺杂体系与本征TiO_(2)相比,掺杂后吸收带边均发生红移,光谱响应范围变大;并且随掺杂浓度的增加,光响应范围也在增大,从而有效增强了体系对于可见光的吸收能力.