S高掺杂对锐钛矿TiO_2电子结构和红移影响的第一性原理研究

摘要

基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了未掺杂单胞和两种不同掺杂S原子浓度的锐钛矿TiO2模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布、差分电荷密度分布、集居数和吸收光谱的计算.结果发现:掺杂后O原子2p态、S原子3p态和Ti原子3d态在导带内发生了强烈的杂化耦合作用,Ti原子3d态的电子向S原子3p态转移,引起导带下移;O原子2p态和S原子3p态在价带中杂化耦合作用,引起价带上移,引起了带隙变窄发生红移现象,同时,高掺杂S原子浓度越高红移越显著,计算结果与实验结果相一致.