过渡金属(Cr,Mn,Fe,Co)掺杂对TiO2磁性影响的第一性原理研究

作者：王少霞; 赵旭才; 潘多桥; 庞国旺; 刘晨曦; 史蕾倩; 刘桂安; 雷博程; 黄以能; 张丽丽^*

来源：Acta Physica Sinica, 2020, 69(19): 278-286.

• TiO2
• 电子结构
• 磁性
• 光学性质

关于过渡金属掺杂TiO2是否会产生室温铁磁性及其磁性的来源存在争议,为了解决此问题,本文采用基于密度泛函理论下的GGA+U方法对体系Ti0.875X0.125O2 (X=Cr,Mn,Fe,Co)的磁学性质及光学性质进行了第一性原理的研究.首先计算了铁磁和反铁磁的基态能量,比较后推测出铁磁态为它们的基态;分析能带结构发现Ti0.875Cr0.125O2和Ti0.875Mn0.125O2两种体系保持半导体性质,Ti0.875Fe0.125O2和Ti0.875Co0.125O2两种体系表现金属特性;掺杂体系都产生了室温铁磁性,磁性来源主要是过渡金属元素(Cr,Mn,Fe,Co)3d电子轨道诱导极化了周围的O-2p态自旋电子,导致体系产生净磁矩而呈现铁磁性;掺杂体系的吸收光谱均发生了红移,有效扩展了对可见光的吸收范围.

• 单位
  固体微结构物理国家重点实验室; 伊犁师范大学