稀磁半导体锐钛矿二氧化钛掺杂改性的第一性原理研究

《稀磁半导体锐钛矿二氧化钛掺杂改性的第一性原理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、多参未交戤硕士学位论’文稀磁半导体锐钛矿二氧化钛掺杂改性的第一性原理研究First-principlescalculationsondopedanataseT102dilutedmagneticsemiconductor作者：王春雷导师：李丹副教授北京交通大学2014年6月万方数据学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供

2、查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)一签名前帛新龆签字日期：7。f缉<月／7日签字嗍ⅢI牛年6川7日万方数据学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文稀磁半导体锐钛矿二氧化钛掺杂改性的第一性原理研究First—principlescalculationsondopedanataseT102dilutedmagneticsemiconductor作者姓

3、名：王春雷学号：11121768导师姓名：李丹职称：副教授学位类别：理学学位级别：硕士学科专业：理论物理研究方向：第一性原理计算北京交通大学2014年6月万方数据致谢本论文的创作工作是在我的导师李丹副教授的精心辅导下完成的。李丹副教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我很大的帮助并给我的研究工作带来了很多积极的影响。在此，我要衷心感谢李丹老师在我硕士期间对我的关心和帮助。李丹副教授精心指导我完成了在实验方面的工作，对我的科研工作和论文创作都提出了许多的宝贵意见，并在生活上给予了我很大的关心和帮助

4、。我再次向吕燕伍老师表示衷心的感谢。在进行实验工作及撰写论文期间，梁春军、牛原老师和宋德王、赵蛟、杜晓雷等同学对我论文中的部分问题的研究工作给予了热情帮助，在此我也要向他们表达我的感激之情。另外我也要感谢我的母亲。她的关心和支持使我在学校能够专心完成我的学、l臣。万方数据北京交通大学硕士学位论文摘要摘要近些年，二氧化钛(Ti02)光催化材料已被深入地研究。二氧化钛由于其特殊的光学和电子特性已经成为材料科学领域研究的一个热点。二氧化钛材料还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性

5、和能与食品直接接触等特性。因此，它被广泛应用于抗紫外线材料、纺织、光催化触媒、自洁净玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业和航天工业。二氧化钛材料具有非常广阔的发展前景，对它的研究和利用将带来巨大的经济效益并改变人们的生活。然而，二氧化钛具有较大的禁带宽度(锐钛矿型二氧化钛为3．2eV，金红石型二氧化钛为3．0eV)，因此只有在紫外线照射下才能激发。我1finn道，地球表面的太阳光谱中仅有5％的紫外线。为了改善二氧化钛的光催化活性，使其在可见光辐射下也能够吸收，研究人员发现了两种主要方

6、法，那就是往二氧化钛中掺杂两种类型的元素，过渡金属元素和非金属元素，而前者是更有效的方法。到目前为止，二氧化钛已经被掺杂了形形色色的过渡金属，包括铜、银、金、钒、铬、铁、钴、镍、铌、钼以及锰。掺杂这些过渡金属可以有效地延长二氧化钛对可见光的光响应范围，因为这种做法可以在二氧化钛的禁带中建立杂质能级，以便有效地分离电子和空穴，从而延长载体的寿命。这些年研究人员对锰掺杂的二氧化钛材料已有一些研究，锰掺杂的二氧化钛材料比纯净的二氧化钛材料在可见光下具有更高的光催化降解效率。而在体系表面吸附氟原子后，整

7、个体系的稳定性及磁特性都会有变化。因此对吸氟掺锰二氧化钛的研究具有很好的现实意义。我们采用第一性原理计算，研究了掺杂两个锰原子的二氧化钛结构特性。其中，我们用锰原子取代了钛原子，以研究以下两点：(1)锰离子具有更好的掺杂效果，(2)氟原子吸附的锐钛矿型二氧化钛表面能产生铁磁性。当掺锰二氧化钛体系表面吸附氟原子后，对于所有的掺杂组态，铁磁性(FM)的耦合都比反铁磁(AFM)的耦合更稳定。锰离子的磁矩降低，而那些处在体系表面上的氧原子的磁矩却增大。氧原子的磁矩主要来自自旋极化轨道P。和P。。氟原子的

8、吸附会促进万方数据北京交通大学硕士学位论文摘要锰原子的掺杂，并在一定程度上起到了改善整个体系结构的稳定性、磁性和金属性的作用。关键词：第一性原理：锐钛矿型二氧化钛：铁磁性：锰掺杂：氟吸附。万方数据北京交通大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTTitaniumdioxide(Ti02)hasbeenextensivelyresearchedinrecentyears．AnataseTi02nanocrystals／nanosheetshavebeensuccessfullysynthes