Cr、Mn掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势的方法，研究了纯锐钛矿相TiO2、Cr、Mn单掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质。对电子性质分析发现Mn掺杂引起杂质能带位于禁带中央，杂质能带最高点与导带相距大约0.6eV，而最低点与价带相距大约0.65eV，其中杂质能带主要由O原子的2p轨道和Mn.原子的3d轨道杂化形成；Cr掺杂引起杂质能带位于导带底附近，杂质能带最高点与导带相距大约0.1eV，而最低点与价带相距大约1.3eV，其中杂质能带主要由O原子的2p轨道和Cr原子的3d轨道杂化形成，由于杂质能级的出现，使锐钛矿TiO2的禁带宽度变小。对光学性质分析发现Cr,Mn单掺杂会使锐钛矿TiO2光学吸收带边红移，可见光区的光吸收系数明显增大，在低能区出现了新的吸收峰，Cr掺杂吸收峰对应能量为1.92eV，Mn掺杂吸收峰对应能量为1.82eV，与实验结果相符。