S掺杂调节SnTiO3带隙的第一性原理研究

论文摘要

获得窄的带隙和大的极化强度是提高铁电光伏材料性能的关键。本文采用第一性原理方法,研究了S掺杂对SnTiO3带隙和极化强度的影响。通过计算两种最可能的替换掺杂位置,确定了稳定的SnTiO3-xSx掺杂结构。研究发现,S的掺杂会引起SnTiO3沿c轴拉伸,使c/a值变大,带隙宽度变小,极化强度变大。SnTiO3-xSx在x=0. 33和x=0. 5时的带隙相同,此时S掺杂量的改变并没有引起带隙的变化;但S掺杂量增加到x=1时（即SnTiO2S）具有金属性。进一步的态密度分析表明,S适量掺入后与Ti和Sn成键,降低了Ti的非占据态能量,导带的Ti 3d轨道向低能级移动,从而使掺杂SnTiO2S的带隙由SnTiO3的1. 87 e V降低到1. 01 e V。通过Bader电荷分析SnTiO2S带隙降低的原因,结果显示,S的引入导致SnTiO2S中离子电荷的总数变小,体系整体电离度变弱,从而引起带隙变小。使用Berry相方法计算表明,随着掺杂量的增加,SnTiO3-xSx的极化强度也会增加。本工作从理论上预测S掺杂能够降低无Pb材料SnTiO3的带隙并使其保持大的极化强度,为改善SnTiO3的铁电光伏特性提供了一种有效手段。

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文章来源

类型: 期刊论文

作者: 魏丽静,郭建新

关键词: 掺杂,第一性原理,能带

来源: 人工晶体学报 2019年06期

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 无机化工

单位: 华北电力大学科技学院,河北大学物理科学与技术学院

基金: 河北省自然科学基金(20172010034),中央高校基本科研业务费专项资金资助(2016MS158)

分类号: TQ134.32

DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2019.06.012

页码: 1040-1044

总页数: 5

文件大小: 193K

下载量: 59

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