Journal Of Modern Research Physics

fa خواص ساختاری و الکترونی دی اکسید تیتانیوم آلاییده با اتم های نئوبیوم Structural and electronic properties of TiO2 doped with Nb atoms فیزیک محاسباتی پژوهشي Research بر اساس مطالعات تجربی و آزمایشگاهی برای ساختارهای دی اکسید تیتانیوم آلاییده با اتم های نئوبیوم (Nb) افزایش جذب نور در انرژی های کم و به ویژه در ناحیه مرئی و نیز رسانندگی قابل توجهی در غلظت های کم از این نوع ناخالصی (حدود سه درصد) گزارش شده است. در این پژوهش خواص الکترونی و ساختاری دی اکسید تیتانیوم در حضور دو اتم ناخالصی نئوبیوم (با مقدار غلظت سه درصد) با استفاده از محاسبات اصول اولیه مبتنی بر حل معادلات کوهن شم در چارچوب نظریه تابعی چگالی محاسبه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که جایگزینی اتم های نئوبیوم در جایگاه اتم های تیتانیوم منجر به اعوجاج شبکه بلوری در اطراف ناخالصی و افزایش فاصله بین اتم ها و همچنین ایجاد حالات الکترونی جایگزیده در اتم های تیتانیوم مجاور به ناخالصی شده است. محاسبات مربوط به چگالی حالات ساختارهای آلاییده نشان دهنده ی حضور حالات الکترونی میانی در گاف نواری است که در انرژی های حدود  یک الکترون ولت بالاتر از لبه ی نوار ظرفیت قرار گرفته است. حضور این حالات الکترونی میانی در گاف نواری ساختارهای آلاییده نشان دهنده ی افزایش میزان جذب دی اکسید تیتانیوم در نواحی با انرژی کمتر از مقدار انرژی گاف نواری (مثلا در نواحی مرئی) در طیف جذب نوری این ساختارهاست. درنهایت با توجه به اینکه اثرات الکترونی در توصیف بسیاری از خواص و ویژگی های اکسیدهای فلزی نقش مهمی بازی می کند می توان از نتایج پژوهش حاضر برای کاربرد این نوع از مواد در حوزه انرژی (مانند اثرات فوتوکاتالیستی) و ترابرد الکترونی استفاده کرد. The experimental measurements show a considerable increase of photoabsorption in the visible region and the conductivity in TiO2 through 3% Niobium incorporation. In the present work, we theoretically study the electronic and structural properties of Niobium doped TiO2 (at a concentration of about 3% with 2 Nb atoms) using ab-initio calculations based on solving the Kohn-Sham equations in the framework of Density Functional Theory. Our results show that substitutional Nb create a distortion of the crystal lattice around the defect and leads to increasing the distance between atoms and introducing electronic states localized mainly on adjacent Ti atoms. The calculated results related to the electronic density of states of the doped systems show the presence of electronic midgap states located at about 1 eV above the valence band edge. These electronic midgap states may result in an enhanced photoabsorption in low energy regions (e.g. in the visible light region). As the electronic properties play an important role in describing the material features our results would be used in electronic transport and energy applications. دی اکسید تیتانیوم, ناخالصی, خواص الکترونی, نظریه تابعی چگالی TiO2, impurity, electronic properties, DFT 62 68 http://jmrph.khu.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-410-1&slc_lang=fa&sid=1 Seyedeh Samaneh Ataei سیده سمانه عطائی samaneh.ataei@khu.ac.ir 10031947532846001501 10031947532846001501 Yes Department of physics, kharazmi university