بررسی حالت های باری و مغناطیسی اتم آهن آلائیده شده در ساختار روتایل TiO2

نوع مقاله: ویژه نامه

نویسندگان

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در این مقاله، خواص ساختاری و مغناطیسی حالتهای یونی Fe آلائیده شده در ساختار روتایل (rutile) TiO2 با استفاده از نظریۀ تابعی چگالی محاسبه گردیده است. به منظور مطالعه حالت باری اتم آهن و نقش آن در خواص مغناطیسی، پیکربندی-های گوناگونی از اتم آهن با حضور و عدم حضور تهی جایی اتم اکسیژن در شبکه بلوری TiO2 در نظر گرفته شده، و تاثیر تهی جایی اتم اکسیژن بر روی ساختار الکترونی هر پیکربندی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نمودار چگالی حالت انرژی مربوط به پیکربندی بین شبکه ای اتم آهن به همراه تهی جایی اکسیژن نشان می دهد که حالت باری پایدار برای اتم آهن، +2 است. در ادامه، اثر تغییر ساختار شبکه از طریق تغییر مکان تهی جایی اکسیژن نسبت به آهن جایگزیده در جایگاه Ti برای سایر حالتهای یونی Fe در نمودار چگالی حالت نیز مورد بحث قرار گرفته است. به منظور بررسی دقیق تر حالتهای یونی اتم آهن از طریق موقعیت شبکه ای آن، پارامترهای مربوط به شیفت ایزومری (δ) و شکافتگی چهارقطبی (Δ) محاسبه شده، و نتایج آن با نتایج تجربی طیف سنجی موسبائر مربوط به حالت های باری +2Fe و +3Fe مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of charge and magnetic states of Fe atom doped rutile TiO2

چکیده [English]

The structural and magnetic properties of Fe doped rutile TiO2 is calculated using density function theory. In order to study the different charge states of Fe, and their role in the magnetic properties as well, the various configurations of Fe are considered. Moreover, the effect of oxygen vacancy on electronic structure of each configuration is investigated. The results corresponding to the density of state energy in the configuration of interstitial Fe with oxygen vacancy show that the charge state of Fe is 2+. Furthermore, by changing the distance between vacancy oxygen and substantial Fe at Ti site, the effect of crystalline structures on other possible charge states of Fe are discussed. In order to shed light on charge states of Fe by its location on lattice, the hyperfine parameters of isomer shift and quadrupole splitting are calculated, and the results are compared with available experimental Mössbauer results for Fe2+ and Fe3+ charge states.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Diluted magnetic semiconductors
  • Density function theory
  • Charge states
  • Isomer shift
  • Quadrupole splitting