N-N共掺锐钛矿TiO2的铁磁与反铁磁效应：第一性原理揭示的电子结构与光学性质

本研究论文《N-N双掺锐钛矿相二氧化钛电子结构及光学性质的第一性原理研究》由中国科技论文在线发布，由张权、黄宋蕾、陈琳和李洪苹等学者共同完成，他们隶属于江苏大学材料科学与工程学院。该研究主要采用了第一性原理计算方法，对九种不同位置的氮-氮(N-N)共掺锐钛矿相TiO2进行了深入探讨。 研究结果显示，这九种共掺体系中有七种表现出铁磁耦合，即两个氮原子之间呈现出磁性的相互作用，而另外一种则表现为反铁磁耦合。值得注意的是，还有一种共掺构型显示出铁磁性和反铁磁性之间的竞争效应。电子结构分析表明，共掺离子N之间距离较远的体系具有更为稳定的结构。通过能带结构和电子密度图的观察，研究者发现这些体系在禁带区域存在杂质能级，这些能级导致光谱吸收边出现红移现象。这种红移现象的出现是因为杂质电子态作为价带顶电子跃迁的桥梁，增加了电子迁移的可能性。 此外，论文的关键词包括：锐钛矿相二氧化钛、掺杂、电子结构、光学性质以及第一性原理计算。该研究的理论贡献在于，通过精确的计算手段，揭示了氮掺杂对锐钛矿相TiO2基础物理性质的影响，对于理解和优化此类材料的性能，特别是在光催化、光电转换等领域具有重要意义。 该研究不仅提供了对氮掺杂锐钛矿相TiO2电子结构的深入理解，也为设计和开发新型功能材料提供了重要的理论依据。这对于推动相关领域的科研工作和实际应用具有重要价值。