Origin of magnetism and quasiparticles properties in Cr-doped TiO$_2$
结合LSDA+ $U$和超交换相互作用的DFT分析，我们描述了金红石型和金红石型Cr掺杂TiO $_2$的磁基态。并行地，我们通过GW校正（$GW$ @LSDA+ $U$）来校正我们的LSDA+ $U$基态，所述GW校正再现了与实验满意一致的杂质态和带隙的位置。由于金红石和金红石的基态中Cr-Cr键的拓扑配位不同，超交换作用导致Cr离子的铁磁或反铁磁耦合。在Cr掺杂的LiNbO 3中，这种相互作用导致了一种新的机制，该机制稳定了铁磁基态，与实验证据一致，而不需要调用F中心交换。
2013-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room-Temperature Ferromagnetism in Co-Doped TiO$_2$ Anatase: Role of Interstitial Co
最近报道了Co掺杂的TiO $_2$纳米晶具有室温铁磁性。然而，对置换式Co掺杂的$Ab$ $initio$研究产生了比实验大得多的Co的磁矩。基于密度泛函理论的计算结果表明，取代Co离子进入TiO $_2$晶格后，容易发生簇合，从而使相邻的间隙四面体位置变得有利于Co的存在，产生了一个更像Co $_3$ O $_4$而不是CoTiO $_3$的局部环境.间隙Co破坏了周围替代Co的自旋极化，但显著提高了铁磁性的稳定性。在没有载流子的情况下，这种室温铁磁性只能由超交换相互作用来解释。
2003-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Anatase TiO$_2$ Nanowires Functionalized by Organic Sensitizers for Solar Cells : A Screened Coulomb Hybrid Density Functional Study
采用标准和区间分离的混合密度泛函理论计算方法研究了矢车菊素葡萄糖苷（C $_{21}$ O $_{11}$ H $_{20}$）和TA-St-CA在纳米线（101）和（001）上的吸附.所得染料-纳米线组合体系的电子结构和光谱显示出这些类型的光致发色团的不同特征。天然染料矢车菊素葡萄糖苷的最低未占分子轨道位于半导体的导带下方，而在TA-St-CA的情况下，它与导带内的状态共振。通过这些染料敏化剂的电子-空穴产生和随后的电荷注入，可以将宽带隙纳米线功能化用于太阳能电池。给体- $π$ -受体型染料TA-St-CA在TiO $_2$表面的吸附大大改变了其分子间电荷转移特性。矢车菊素葡萄糖苷通过其羟基在纳米线上表现出相对较强的锚定作用。染料-纳米线系统的原子结构重新优化与列入非线性溶剂化效应表明，这两种染料的结合强度保持温和，即使在离子溶液中。
2015-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Li intercalation effects on magnetism in undoped and Co-doped anatase TiO$_2$
本文研究了Li嵌入的$n$型载流子掺杂对未掺杂和Co掺杂的二氧化钛$_2$磁性的影响。我们发现掺杂的$n$型载流子在TiO $_2$中主要集中在靠近嵌入Li的Ti位上.随着嵌入量的增加，在Ti处实现了局域自旋。在Co掺杂TiO $_2$的情况下，大部分添加的$n$型载流子填充Co 3 $d$能带，其余的位于Ti处。因此，Co的磁矩通过Li嵌入而消失，从而具有非磁性的基态。
2002-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of V-doped anatase TiO$_{2}$ from first principles
采用第一性原理研究了钒掺杂的二氧化钛$_{2}$的几何、电子和磁性。DFT+U（Hubbard系数）方法预测了Ti $_{1-x}$ V $_{x}$ O $_{2}$（x=6.25和12.5%）的半导体能带结构，与样品的低电导率很好地吻合，而广义梯度近似内的标准计算失败。理论结果表明，钒原子倾向于保持接近，并通过超交换相互作用产生强铁磁性。氧空位诱导的磁极化子能使大范围分离的磁性杂质之间产生长程铁磁相互作用。实验观察到的室温下V掺杂的TiO_2 $_{2}$的铁磁性可能源于短程超交换耦合和长程束缚磁极化子逾渗的结合。
2006-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures of doped anatase $\rm TiO_{2}$: $\rm Ti_{1-x}M_{x}O_{2}$ (M=Co, Mn, Fe, Ni)
本文研究了室温稀磁半导体Co掺杂半导体$\rm TiO_{2}$的电子结构。我们在局域自旋密度近似（LSDA）下得到了半金属基态，而在考虑自旋轨道相互作用的LSDA+ $U$ +SO中得到了绝缘基态。在化学计量的情况下，低自旋状态的Co实现了相当大的轨道矩。然而，在Co附近的氧空位的存在下，Co的自旋状态成为中间。金属相和绝缘相中的铁磁性分别由双交换和超交换机制解释。Mn和Fe掺杂的$\rm TiO_{2}$具有磁性基态，Ni掺杂的$\rm TiO_{2}$具有顺磁性基态。
2002-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Self energy and excitonic effect in (un)doped TiO$_2$ anatase : A comparative study of hybrid DFT, GW and BSE to explore optical properties
TiO $_2$复合材料在能源和环境研究中具有重要意义。然而，这种非常受欢迎的半导体的主要缺点是其3.2 eV的大带隙。实验中掺杂了几种非金属元素，使TiO $_2$的光吸收扩展到可见光区。因此，为实验人员提供深入的理论指导，以了解掺杂系统的光学性质是非常重要的。本文采用混合密度泛函方法和多体微扰理论（在GW和BSE的框架下）研究了p型（S和Se掺杂）和n型（N和C掺杂）TiO $_2$的光学性质.非金属掺杂TiO $_2$中存在的各向异性在光谱中起着重要作用。p型掺杂剂仅对沿xy方向偏振的光具有光学活性，而n型掺杂剂在低能区中当光沿xy和z方向偏振时具有光学活性。我们已经发现，在所有的掺杂系统中，光学允许的跃迁被引入远低于3eV（即可见光谱区）。这有助于改善其光电和太阳能吸收特性。所有的计算都很好地验证了现有的实验观察原始TiO $_2$晶体。
2019-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism at 300 K in spin-coated films of Co doped anatase and rutile TiO2
以金属有机物为前驱体，采用旋涂法在蓝宝石衬底上制备了Ti_（1-x）Co_xO_2（x = 0和0.03）薄膜。当在空气中分别在550和700 ℃下热处理时，这些薄膜呈现出纯的金红石和金红石结构，这两种结构都由X射线衍射和拉曼光谱所示。光吸收表示在可见光区域中的高透明度。这种薄膜在300 K时表现出非常小的磁矩。而在真空度为1 × 10~（-5）Torr、温度为500 ℃和600 ℃的条件下退火后，金红石薄膜在300 K时的磁矩明显增强，分别达到0.36 B/Co和0.68 B/Co。这些样品的铁磁居里温度均在350 K以上。
2004-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Theory of dopants and defects in Co-doped TiO2 anatase
我们报告的第一性原理微观计算的形成能，电活性，和磁矩的Co掺杂剂和各种原生缺陷的TiO 2纳米晶。利用这些结果，我们用平衡热力学预测的载流子浓度，每钴的平均磁矩，和占主导地位的氧化态的Co。预测值与实验的假设下，O-穷人的生长条件。在这种情况下，大部分的Co掺杂剂占据间隙位点作为供体。这些捐助者的不完全补偿取代钴受体，然后导致n型行为，实验观察到。
2003-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Si doping in anatase and rutile TiO$_2$ with oxygen vacancy for efficient optical application
本文采用密度泛函理论和动力学平均场论研究了掺杂$TiO_2$金红石和另一种含氧空位的四方晶系金红石的电子性质。应用屏蔽混合交换相关密度泛函从电子结构得到了态密度和光学性质。所有的单粒子激发都在独立准粒子的动力学平均场论中处理。在光学性质方面，通过求解库仑关联电子-空穴双原子的Bethe-Salpeter方程来考虑激发。在此理论基础上，给出了两种结构的$TiO_2$的能带结构和光谱。此外，我比较了目前的结果与早期的光学数据的母结构，并建立了增加的光学效率在掺杂$TiO_2$与氧空位的结构。
2019-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electron-plasmon and electron-phonon satellites in the angle-resolved photoelectron spectra of n-doped anatase TiO2
我们发展了一种基于多体微扰理论的第一性原理方法来研究电子与载流子等离子体激元之间的相互作用对高掺杂杂质半导体和氧化物电子性质的影响。通过电子自能的评价，我们同时考虑电子-等离子体激元和电子-声子耦合的角度分辨的光电子能谱，电子线宽和弛豫时间的理论计算。我们将这种方法应用于电子掺杂的TiO 2作为一个说明性的例子。模拟的光谱表明，电子等离子体激元耦合在TiO 2支持卫星形成的能量相媲美的极化光谱特征。然而，与声子不同的是，等离子体激元的能量及其光谱指纹强烈依赖于载流子浓度，揭示了等离子体激元和声子卫星之间复杂的相互作用。电子-等离子体激元相互作用约占总电子-玻色子相互作用强度的40%，这是提高与测量准粒子谱一致性的关键。
2018-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Optical Properties of the Co-doped Anatase TiO$_{2}$ Studied from First Principles
采用局域自旋密度近似（LSDA）下的赝势平面波（PPL）第一性原理计算，结合全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法，对Co掺杂的室温铁磁绝缘体TiO_2 $_{2}$进行了研究.重点研究了其电子结构和线性光学性质与体系中Co掺杂浓度和氧空位的关系，以探讨其铁磁性的起源。在Co替代Ti掺杂的情况下，计算结果与实验数据符合得很好，表明Co处于低自旋态。研究还表明，氧空位的存在增强了铁磁性，并且对电子结构和光学性质的影响比单独的Co掺杂浓度更大。
2006-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and effective mass analysis of doped TiO$_2$ (anatase) systems using DFT+$U$
本文采用DFT+ $U$方法计算了几种掺杂TiO $_2$掺杂体系的电子结构。还计算了载流子的有效质量以量化掺杂剂原子如何扰动主体掺杂剂材料的能带。$U$是使用线性响应方法，而不是使用拟合程序的物理已知量的所有掺杂剂系统地计算。$d$和$f$嵌段元素（Nb、Ta、V、Mo、W、Cr、La、Cu、Co和Ce）的组合被认为是掺杂剂。根据其外层$d$或$f$电子的能量，发现掺杂剂在主体电子系统的能带结构中的不同位置形成缺陷态。一些掺杂剂如Cr、Mo等形成中间带隙态，这可能降低透明度。发现其他掺杂剂如Nb、Ta和W具有位于导带边缘附近的费米能级，表明这些系统表现出$n$型导电性。从有效质量分析，发现掺杂剂增加了载流子的有效质量和带的非抛物线性质。基于电子结构和有效质量分析，Nb，Ta和W被确定为表现出更高的透明度和导电性相比，这里考虑的其他掺杂剂。这里提出的理论结果，增加了我们的理解，并显示掺杂剂的潜力，以改变性能的TiO_2 $_2$。
2022-08-06 cond-mat.mtrl-sci
On the processing of anatase La-doped TiO2 nanopowders: structural phase transition and surface defect engineering
优化与TiO2纳米粒子光催化效率相关的物理和化学性质的努力主要依赖于缺陷工程策略，其中结构和掺杂是最常见的策略。镧系元素的掺杂可以将TiO2的光吸收转换到可见光范围，从而大大提高其光催化效率。在这里，我们表明，在氧气气氛和La掺杂的TiO 2纳米粒子的处理稳定的α相。La的掺入主要发生在纳米颗粒的表面，从而导致与未掺杂的TiO 2相比小的纳米颗粒。尽管有效的La掺杂，能量带隙的减少是由与纳米颗粒尺寸的减少相关的量子限制效应补偿的。然而，La3+离子在纳米颗粒表面上的位置诱导氧空位的局部浓度，这可以增加系统的量子效率，从而导致更高的光催化活性。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic order in aged Co-doped TiO2 anatase nanopowders
基于氧化物的稀磁半导体（DMS）材料由于在几个系统中的室温铁磁性的报道以及它们在自旋电子器件的开发中的潜在用途而一直是越来越感兴趣的主题。然而，不同DMS系统的磁性能的稳定性的关注已经提出。它们的磁矩通常不稳定，在几周或几个月的特征衰减时间内消失，这阻碍了实际应用的发展。研究了不同Co含量（0.03<x<0.10）的Ti_（1-x）Co_xO_（2-δ）还原Ti_2O_3纳米粉体的铁磁性能。老化样品保留相当高的值的磁化强度，剩磁和矫顽力，这提供了一个相当保存的长程铁磁秩序的有力证据。关于Co偏析，在具有较高Co含量的样品的情况下，可以推断稀释的Co掺杂的非晶结构的一定程度的亚稳性。
2010-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Study of Phase Stability in Doped TiO2
采用全电子原子轨道方法和局域密度近似（LDA），对金红石型和金红石型TiO 2的相对稳定性进行了从头算密度泛函理论（DFT）计算.金红石相表现出一个温和的边缘稳定的~ 3毫电子伏相对于原始材料中的金红石相。通过计算分析不同电荷态的Si、Al、Fe和F掺杂剂在金红石和金红石中不同费米能级能量的形成能，发现阳离子掺杂剂在Ti替代晶格位置最稳定，而F掺杂在间隙位置的形成能最小。发现所有掺杂剂相对于金红石相显著地稳定了铁磁，表明在这样的系统中铁磁到金红石相的转变被抑制，其中掺杂剂以铁磁稳定强度的顺序排列为F>Si>Fe>Al。Al和Fe掺杂剂被发现作为浅受体与电荷补偿实现通过形成移动载流子，而不是形成阴离子空位。
2012-10-29 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of electronic structures and optical properties of Cu, Ag, and Au-doped anatase TiO2
采用第一性原理计算研究了72原子体系中Cu、Ag和Au掺杂的TiO 2的能带结构、态密度、光吸收和介电函数虚部.电子结构分析结果表明，Cu的掺入导致了价带顶附近d态的增强，而Ag和Au的掺杂导致了TiO 2带隙中新的电子态的产生.同时，通过对掺Cu、Ag和Au的TiO 2的光学性质的分析，发现掺Cu、Ag和Au的TiO 2在400-1000 nm范围内都出现了可见光吸收。与纯TiO 2相比，Cu、Ag和Au掺杂的TiO 2的吸收带边向长波方向移动。根据计算结果，我们分别提出了Cu、Ag和Au掺杂TiO 2的光跃迁机制。结果表明，Cu、Ag和Au的替代掺杂可以调制TiO 2的可见光响应。
2012-03-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
XAS study of the local environment of impurities in doped TiO2 thin films
在这项工作中，我们提出了一个X射线吸收光谱表征的局部环境中的杂质在室温下的铁磁性掺杂的TiO 2薄膜掺杂Co，Ni，Cu，或Zn，沉积在LaAlO 3衬底上的脉冲激光沉积。结果表明，虽然过渡金属氧化物团簇的存在不能排除，但TiO2中仍有相当数量的杂质原子取代Ti原子。从我们的研究结果，我们推断，所观察到的室温铁磁性的样品可以被分配到金属过渡原子取代Ti的TiO 2？
2007-04-18 cond-mat.mtrl-sci
The effects of copper doping on photocatalytic activity at (101) planes of anatase TiO2: A theoretical study
铜掺杂剂通过不确定的机制被不同地报道为增强钛白表面的光催化活性。为了解释铜掺杂如何改变钛白光催化剂在水介质中的性能，我们应用密度泛函理论方法模拟掺杂的二氧化钛（101）面的表面单元。通过包括范德华相互作用，我们认为在原始和铜掺杂系统的表面吸附水的能量。模拟结果表明，Cu掺杂剂在Cu（101）表面的2+氧化态和分散构型是最稳定的，这表明二次CuO相的形成在能量上是不利的。与以前的报告一致，在研究表面的水预测表现出分子吸附，这种趋势略有增强铜。结果表明，通过Cu掺杂的增强的光活性在Cu2+表面是更有可能产生介导的电荷转移和带隙间状态增加光激发和延长表面空穴寿命，而不是通过增加的密度吸附的羟基的电子相互作用。
2018-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electric Field Effect in Diluted Magnetic Insulator Anatase Co:TiO2
在外延和绝缘的稀掺钴纳米TiO 2薄膜中实现了外部电场诱导的室温磁矩的可逆调制。在（001）LaAlO 3上生长的PbZr0.2Ti0.8O3/Co：TiO 2/SrRuO 3的高质量外延异质结构中实现了在任何氧化物基稀铁磁体中的电场效应的第一个演示。观察到的效果，这是在给定的异质结构的强度约15%，可以在几个周期调制。讨论了电场对绝缘铁磁调制的可能机制。
2004-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Consequences of niobium doping for the ferromagnetism and microstructure of anatase Co: TiO2 films
结果表明，稀铌掺杂对稀钴掺杂的TiO_2薄膜的铁磁性和微结构有显著的影响。用脉冲激光沉积法在875 ℃、不同氧分压下生长了含3%Co、不含和含1%铌掺杂的TiO_2外延膜。对于在10^{-5} Torr下生长的薄膜，铌掺杂抑制了铁磁性，而在10^{-4} Torr下生长的薄膜中，铌掺杂增强了铁磁性。高分辨率Z衬度扫描透射电子显微镜和电子能量损失谱显示富钴Ti_{1-x-y} Co_{x} Nb_{y} O_{2-d}相的均匀表面偏析，但没有钴金属簇。
2006-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent optical studies of Ti$_{1-x}$Co$_x$O$_2$
我们提出的拉曼和光致发光（PL）的研究结果外延相Ti $_{1-x}$ Co $_x$ O $_2$薄膜的$x$ = 0-0.07，生长的脉冲激光沉积。低掺杂体系（$x$ =0.01和0.02）在生长状态下显示出~700 K的居里温度。掺杂和未掺杂薄膜的拉曼光谱证实了它们的非晶相。光致发光光谱的特征在于在低于120 K的温度下在2.3 eV处的自陷激子（STE）的宽发射。该峰是锐钛矿相TiO $_2$的特征，并且随着掺杂浓度的增加显示出小的蓝移。除了来自STE的发射之外，Co掺杂的样品在2.77eV和2.94eV处显示两条发射线，这两条发射线在未掺杂的膜中不存在，指示自旋翻转能量。
2003-03-10 cond-mat.mtrl-sci
A comparative first-principles investigation on the defect chemistry of TiO$_2$ anatase
了解本征点缺陷是理解$_2$陶瓷在技术应用中的性能的基础。为了研究这种材料的缺陷化学性质，已经进行了几项第一性原理研究。然而，报告的数值分散在很大范围内。在这篇手稿中，我们进行了比较研究，采用不同的方法的基础上半局部，DFT+ $U$和筛选的混合泛函，以调查的依赖性缺陷的性质，如形成能量和电荷跃迁能级，对所采用的计算方法。虽然在超导体中的缺陷，像在大多数过渡金属氧化物中，通常会引起原子位置上的电子或空穴的本地化，我们注意到，提供了一个对齐的价带已执行，使用半本地泛函计算的缺陷形成能量和过渡能级是在一个公平的协议与使用混合泛函获得的。对于Ti-O体系的热化学和元素化学势的极限值也可以得到类似的结论。我们解释这是一个自相互作用的错误和O $_2$分子在半局部泛函的过度结合之间的错误的取消。在电子哈密顿量中加入一个$U$项，可以方便地得到缺陷体系更精确的几何构型和电子构型.
2019-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Reaction of O2 with Subsurface Oxygen Vacancies on TiO2 Anatase (101)
吸附在金属氧化物上的氧气（O2）在催化氧化反应、化学传感和电化学分析中是重要的。例如，强吸附需要从氧空位（VO）或掺杂剂转移负电荷。利用扫描隧道显微镜，我们观察，转换，并结合理论，确定了O2分子的性质的（101）表面上的掺杂铌（二氧化钛，TiO 2）。VOs只存在于本体中，但我们用带强烈负电荷的扫描隧道显微镜尖端将它们拉到表面。O2以超氧（O2）-形式吸附在五配位的Ti位上，转化为过氧（O2）2-，并通过与VO反应，以（O2）O形式进入阴离子表面晶格位。这种所谓的桥接二聚体也形成时，O2直接与VOs在或低于表面反应。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Strong Coulomb effects in hole-doped Heisenberg chains
诸如"电话号码化合物“Sr14Cu24O41之类的物质本质上是空穴掺杂的。自旋和电荷动力学的相互作用对理论是一个挑战。在这篇文章中，我们提出了描述空穴掺杂海森堡自旋环的完全数值对角化的海森堡哈密顿量，参数依赖于空穴的位置，包括屏蔽库仑相互作用的孔。它表明，关键的可观测量，如磁化率，比热，非弹性中子散射截面敏感地依赖于屏蔽库仑电位的介电常数。
2005-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quasiparticle electronic structure and optical response ($G_0W_0$+BSE) of anatase TiO$_2$ starting from modified HSE06 functionals
在多体微扰理论（MBPT）的框架下，将$G_0W_0$方法与Bethe-Salpeter方程（BSE）相结合，计算了TiO_2-$_2$的准粒子电子结构和光激发. HSE 06屏蔽混合泛函的修改版本，其包括20\%的精确Fock交换（HSE 06（20）），而不是标准HSE 06泛函中的25\%，用于建立用于$G_0W_0$ +BSE计算的起始哈密顿量。HSE 06（20）泛函精确地预测了基态电子能带结构。基于来自$G_0W_0$ + HSE 06（20）的数据的BSE计算产生与表征直接激发的现有实验和理论计算非常一致的直接光学激发能量和振子强度。特别是，激子结合能为229 $\pm$ 10毫电子伏，得到与实验密切一致。激子态在脂肪带表示的准粒子能带结构上的投影表明，最低的光学跃迁的TiO 2-TiO-$_2$由激子组成，激子起源于在四重布里渊区中平行于$Γ-Z $方向的带对内的直接跃迁的混合。这意味着激子在晶格的$xy$平面中的强空间局域化。本研究强调了合适的非相互作用哈密顿量对于基于MBPT的准粒子$G_0W_0$和随后的BSE计算的重要性，并建议HSE 06（20）作为在掺杂TiO $_2$的情况下的最佳选择。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strongly bound excitons in anatase TiO2 single crystals and nanoparticles
锐钛矿型TiO $_2$是研究最多的光能转换材料之一，但其基本电荷激发的性质仍然未知。然而，确定光吸收是否产生不相关的电子-空穴对或束缚激子是至关重要的，并且在后一种情况下，确定它们的特性。在这里，通过结合稳态角分辨光电子能谱和椭圆偏振光谱与国家的最先进的从头计算，我们证明了单晶的直接光学间隙是由一个强烈的束缚激子上升的连续间接带间跃迁。这种激子具有Wannier-Mott和Frenkel制度之间的中间字符，并显示出一个特殊的二维波函数的三维晶格。高能量激发的性质也被确定。我们的研究结果的普遍有效性证实了室温下通过观察相同的元素激发缺陷丰富的样品（掺杂单晶和纳米粒子）通过超快二维深紫外光谱。
2017-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Magneli phases doped with Pt for photocatalytic hydrogen evolution
被称为Magneli相的定义的亚化学计量的钛氧化物（Ti $_x$ O $_{2x-1}$与$3 < x < 10$）主要由于其不寻常的高导电性和金属样行为而被研究。在美国，已经报道了含有二氧化钛颗粒的Magneli相提供有利的电荷分离，从而提高反应效率。在目前的工作中，我们描述了一个一步合成的Magneli含有混合相纳米粒子，直接集成微量的Pt。仅含有几百ppm Pt的相优化的纳米颗粒对于H $_2$释放是非常有效的光催化剂（它们提供比负载有类似量Pt的普通纳米颗粒高50-100倍的H $_2$释放）。这些光催化剂是在将用于TiOx合成的热壁反应器与产生Pt纳米颗粒的火花发生器相结合的装置中合成的。不同的反应器温度导致不同的相和Magneli相之间的相比率。二氧化钛纳米颗粒（CA. 24 - 53 nm）进行了表征，使用XRD，HRTEM，XPS和EPR光谱以及ICP-OES分析。在900 $^\circ$ C下制备的最佳光催化剂（其由负载有290 ppm Pt的32%金红石、11%金红石和57% Magneli相的混合相颗粒组成）可以提供约100 ppm的光催化H $_2$释放速率。5432 μ mol h $^{-1} g$ ^{-1} $ for UV and ca. 1670 micromol h$ ^{-1} g $^{-1}$，用于AM 1.5照明。对于转化为更高量的…
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theoretical study on copper's energetics and magnetism in TiO2 polymorphs
我们进行了密度泛函理论计算模拟的电子结构和磁相互作用的铜掺杂的金红石型和金红石型钛白，以阐明这些系统作为磁性氧化物使用不同的密度泛函计划的潜力。在这两种多晶型铜掺杂剂被认为是最稳定的替代晶格位置。铁磁性预测是稳定的远高于室温与长程相互作用占主导地位，在金红石相，而最近的相邻的铜离子之间只表现出短程超交换相互作用。此外，分散和紧凑的配置中的掺杂剂的能量评估揭示了掺杂剂的聚簇趋势在TiO2。
2013-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle and Optical Properties of Rutile and Anatase TiO$_{2}$
用多体微扰理论计算了TiO $_{2}$的准粒子激发能和金红石型和金红石型结构的光学性质。计算进行冻结晶格，电子-声子耦合没有明确考虑。在GW方法中，几种近似进行了比较，发现列入的全频率依赖性以及明确的治疗Ti半核心状态是必不可少的准粒子能带隙的准确计算。计算的准粒子能量与现有的光电发射和逆光电发射实验符合得很好。GW计算的结果，连同计算出的静态屏蔽库仑相互作用，被用于Bethe-Salpeter方程计算金红石和金红石结构的介电函数$ε_{2}(ω)$。结果与实验观察结果吻合良好，特别是在4 eV附近的主要吸收特征的开始。为了与解决金红石中单个激子跃迁的低温光吸收测量进行比较，仅用电子屏蔽计算低位离散激子能级。在金红石的能隙中发现的最低能量激子具有0.13 eV的结合能。与实验一致，它是不允许的偶极，但计算的激子能量超过吸收实验中测量的约0.22 eV和激子结合能的尺度也太大。计算了非极性（110）面金红石的准粒子能量排列。在GW近似下，价带最大值低于真空能级7.8 eV，显示出与密度泛函理论结果的小偏移。
2010-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Understanding Polaronic Transport in Anatase TiO2 Films by Combining Precise Synthesis and First-Principles Many-Body Theory
本研究结合混合分子束外延生长与第一性原理电子-声子图解蒙特卡洛方法，实现了锐钛矿TiO2薄膜创纪录的电子迁移率，并定量揭示了极化子输运的微观机制，建立了预测性理论-实验工作流程。
2025-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Morphology and photocatalytic activity of highly oriented mixed phase titanium dioxide thin films
采用旋涂法在石英衬底上制备了未掺杂和金属离子掺杂的溶胶-凝胶（Sol-Gel）前驱体TiO 2薄膜。这些薄膜的特征在于通过扫描电子显微镜，激光拉曼显微光谱，X射线衍射和紫外可见透射。以亚甲基蓝溶液为研究对象，考察了薄膜的光催化性能。薄膜表现出高度的取向性和热稳定性的α相作为基板效应的结果。在不存在掺杂剂的情况下，金红石相形成为平行带在相变过程中变宽。掺杂或共掺杂过渡金属的TiO 2薄膜在800 ℃以下的温度下，由于氧空位的增加，在分离的团簇中形成金红石。在这项工作中合成的薄膜的光催化活性很低，可能是由于在溶液中的染料分子的二氧化钛表面接触差。过渡金属掺杂剂的存在似乎不利于光催化活性，而混合相膜的性能没有观察到显着不同的单相材料。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Defects on Photoconductivity and Photocatalytic Activity of Nitrogen-Doped Titania
采用X波段EPR谱、光电导和透射电子显微镜对溶胶-凝胶法制备的掺氮钛白（$0.2 \leq N \leq 1.0~wt\%$）样品进行了研究。在N-TiO_2中观察到了$N\bullet$和$NO\bullet$顺磁缺陷，并计算了它们的浓度和自旋哈密顿参数。在可见光下，与未掺杂的二氧化钛相比，在N-TiO 2中发现自由载流子的产生速率和载流子的速率都增加。讨论了自由基密度与光电导和电导率数据的相关性。
2017-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Room-Temperature Ferromagnetism in Co2+-Doped TiO2 made from Colloidal Nanocrystals
合成了Co掺杂TiO 2纳米晶，并通过电子吸收光谱、磁圆二色性光谱、透射电子显微镜、磁化率、Co K壳层X射线吸收光谱和扩展X射线吸收精细结构测量对其进行了研究。纳米晶体是顺磁性的表面钝化配体隔离时，弱铁磁性（Ms = 1.5 × 10-3 mB/Co2+在300 K）聚集时，和强铁磁性（Ms = 1.9 mB/Co2+在300 K）旋涂成纳米晶薄膜时。X射线吸收数据表明，钴是在Co2+氧化态在所有样品。除了提供强有力的实验支持存在的内在铁磁性的钴掺杂的二氧化钛，这些结果表明，使用胶体二氧化钛稀释磁性半导体纳米晶体作为积木组装铁磁半导体纳米结构与潜在的自旋电子学应用的可能性。
2004-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Single neutral substitutional 3d-transition metal in GeTe and GeSb2Te4 by the screened exchange functional
Fe掺杂的GST已经在实验上显示出通过相变改变其磁性的能力。本文采用屏蔽交换杂化泛函方法研究了GeTe和GeSb_2 Te_4晶体中单一中性取代的3d过渡金属（TM）。通过修正局域密度泛函（LDA）的问题，如3d态的过度离域，我们发现Ge/Sb上Fe的大部分d态被完全占据，而少数d态是空的，这与以前LDA预测的电子构型不同.从早期过渡金属Cr到较重的Ni，大多数3d态逐渐填充，直到完全占据，然后少数3d态开始填充。为了研究磁衬度，我们分别使用低对称性的晶态GeTe和GeSb_2 Te_4作为非晶相，这已经被提出来模拟中程无序。我们发现在r-GeSb_2 Te_4和s-GeSb_2 Te_4中只有Co置换才显示出磁反差。Fe掺杂GST的实验磁性对比度可能是由于额外的TM-TM相互作用，这是不包括在我们的模型。还可能的是，这些较低对称性的晶体模型不足以表征真实的3d TM掺杂的非晶GST的磁性。
2015-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical polarization, plasmon model, and the Friedel oscillation of the screened potential in doped Dirac and Weyl system
讨论了低能紧束缚模型中二维Dirac和三维Weyl（带隙）系统的动力学极化、等离子体色散、弛豫时间和屏蔽势的Friedel振荡.在不同的维度上，得到了费米波矢、费米波矢和纵向电导率等结果。本文详细讨论了短、长程库仑相互作用下的屏蔽特性，以及二维、三维情况下的纵向电导率。在光学极限下，二维系统和三维系统的纵向电导率是不同的。密度依赖性（包括载流子密度和杂质浓度）的费米波矢量，直流电导率，和弛豫时间进行了讨论。特别地，对于掺杂的Weyl系统，由于电磁响应的手征异常起源的泵浦载流子密度由节间弛豫时间控制，这也被分析。%计算所依据的模型是第2节中所述的低能紧束缚模型，%即，本文的结果是低温低能情况下的结果，因此可以对弛豫时间进行文中讨论的对数自能修正。本文还讨论了纵向电导率与纵向电导率之间的差异。这些结果对Dirac或Weyl系统的应用以及它们的低温性质的研究都有一定的帮助。
2018-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Study of Hydrophilicity and Optical Properties of Zn and N-doped TiO$_{2}$ Thin Films
在宽带隙半导体中，TiO $_{2}$是一种高度稳定且具有成本效益的半导体，可用于水分解、化学废物降解、抗微生物活性等不同的半导体工艺。需要显示出具有低带隙的高亲水性（表面现象）的材料来提高光刻效率。我们报告的合成锌（4重量%）和N（4重量%）掺杂的TiO $_{2}$薄膜，以改善表面润湿性。XRD图谱显示了TiO $_{2}$的纯锐钛矿相的生长。紫外吸收光谱显示，Zn和N掺杂的TiO $_{2}$薄膜的带隙略有增加。纯TiO $_{2}$的水接触角为33.45°，Zn和N掺杂4wt%后，水接触角降低到17.94°。结果表明，Zn和N掺杂的$_{2}$薄膜的亲水性增强。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic and structural study of Cu-doped TiO2 thin films
本研究制备了不同Cu掺杂量的锐钛矿型TiO₂薄膜，表征其结构与磁性，发现类铁磁行为与Cu浓度无关，且磁信号源于Cu对TiO₂中阳离子的取代而非反铁磁的CuO偏析相。
2007-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of C-N-codoped TiO2: A first-principles GGA+U investigation
采用基于密度泛函理论的GGA+U方法计算了C-N共掺杂TiO 2的电子结构和光学性质。计算结果表明，N掺杂、C掺杂和C-N共掺杂的TiO 2在禁带中均产生了2 p态，且三种掺杂体系的禁带宽度均较纯TiO 2有所减小。光学结果表明，三种掺杂体系的带边均向长波方向移动，在450 ~ 800 nm范围内观察到可见光吸收。此外，C-N共掺杂的TiO 2的可见光响应优于C或N单掺杂的TiO 2，表明C-N共掺杂的TiO 2具有协同效应，弥补了C或N单掺杂TiO 2的不足。
2013-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Character of Doped Holes in Nd$_{1-x}$Sr$_x$NiO$_2$
我们研究了最近发现的高$T_c$超导体层状镍酸盐中的电荷分布。随着电荷转移能量值的增加，我们观察到预期的交叉从铜酸盐的本地三重态制度后，空穴掺杂。我们发现，$d-p$库仑相互作用$U_{dp}$起作用，使张-赖斯单态不利，而本地三重态的振幅增强。通过研究具有$x^2-y^2$和$s$对称轨道的有效双带模型，我们发现反铁磁相互作用对电子掺杂起主导作用。$s$带的屏蔽相互作用表明稀土原子在超导镍酸盐中的重要性。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Exchange-correlation effects in the monoclinic to tetragonal phase stabilization of Yttrium-doped ZrO2: a first-principles approach
我们描述，在从头算的方法，稳定的四方相与单斜相的钇掺杂氧化锆。该过程被认为受到不同机制的影响。事实上，我们表明，静电和动能和交换相关效应的变化之间有一个微妙的平衡。在四方相中，掺杂引起的微扰以牺牲相关能为代价得到了较好的屏蔽。我们的工作打开了机会，使用相同的方法来预测材料，如氧化锆或铪，具有不同的和不太特征的掺杂剂的四方相稳定。
2011-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Renormalization of quasiparticle band gap in doped two-dimensional materials from many-body calculations
掺杂自由载流子可以使二维材料的电子自能和准粒子带隙重正化。然而，定量计算这种多电子效应仍然是具有挑战性的，特别是在与实际实验和器件最相关的低掺杂浓度下。在这里，我们开发了一个基于第一性原理的有效质量模型内的GW近似，并显示了一个戏剧性的带隙重整化的几百兆电子伏的典型的二维半导体。此外，我们揭示了不同的多电子相互作用的作用：库仑空穴的贡献是占主导地位的低掺杂密度，而屏蔽交换的贡献是占主导地位的高掺杂密度。通过这种方法研究了三种典型的2D材料，h-BN，MoS 2和黑磷，覆盖绝缘体到半导体。特别是，各向异性黑磷表现出令人惊讶的大带隙重整化，因为它的状态密度较小，增强了屏蔽交换相互作用。我们的工作展示了一种有效的方法来准确地计算带隙重整化，并提供了定量的理解掺杂依赖的多电子物理的一般二维半导体。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Influence of oxygen partial pressure on structural, transport and magnetic properties of Co doped TiO2 films
在6.6 × 10-3帕斯卡（Pa）至53 Pa范围内的各种氧分压下，使用脉冲激光沉积（PLD）工艺在硅和石英衬底上沉积Co-TiO 2的薄膜。研究了还原态CoxTi（1-x）O2（0 <x< 0.03）薄膜的晶体结构、输运性质和磁性，发现其与氧分压有很强的依赖关系。X射线衍射（XRD）数据揭示了含有金红石和金红石的混合相材料的存在。然而，这些阶段相互转化的变化，在腔室中的氧分压在薄膜的生长过程中。X射线光电子能谱学（XPS）显示Co浓度高达x=0.03的样品没有Co或CoO相关峰。然而，氧1 s峰是不对称的，表明存在氧空位。的运输和磁性测量显示出明确的依赖于氧空位的浓度。随着材料中产生更多空位，电导率和磁化强度增强。电阻率作为温度ρ（T）的函数遵循极化子行为，并且获得的活化能（~100至150 meV）在半导体材料的典型范围内。
2007-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Instability under Screened Coulomb Interactions
我们利用密度泛函计算和唯象模型研究了载流子掺杂对铁电性的影响。通过考虑一个原型的铁电材料，钛酸钡，我们证明，铁电位移持续到每单位细胞体积的0.11电子的临界浓度。这一结果与实验观察相一致，并揭示了铁电相和导电性可以共存。我们的研究表明，铁电不稳定性只需要库仑力的短程部分与晶格常数的数量级的相互作用范围。这些结果提供了一个新的洞察力的起源，铁电位移铁电体和开放的机会，使用掺杂的铁电体在新的电子器件。
2012-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio study of electromagnatic modes in two-dimensional semiconductors: Application to doped phosphorene
从严格的量子场论形式主义，我们推导出一个公式的屏蔽电导率，旨在研究耦合光与基本电子激发和随之而来的电磁模式在二维（2D）半导体。后者的物理量由三个完全可分离的部分，即带内，带间和梯形电导率，并计算超出随机相位近似以及从第一原理。通过使用这种方法，我们研究了二维黑磷，所谓的磷烯，作为注入到导带的电子浓度的函数的光学吸收光谱。详细研究了磷烯激子猝灭与掺杂的机理。已经证明，小的掺杂水平（$n\sim 10^{12}\,{\rm cm}^{-2}$）导致激子结合能的自由基下降，即，从$600\,{\rm meV}$到$128\,{\rm meV}$。应用屏蔽电导率研究了掺杂磷烯的集体电磁模。结果表明，磷烯横向激子与自由光子杂化形成激子极化激元。这种现象仅在受限电磁微腔模式的情况下实验观察到。最后，我们证明了各向异性二维等离子体激元的能量和强度可以通过改变注入电子的浓度来调节。
2021-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect chemistry in layered transition-metal oxides from screened hybrid density functional calculations
采用密度泛函理论和Heyd-Scuseria-Ernzerhof屏蔽杂化泛函，对层状氧化物正极材料LiMO $_2$（M=Co，Ni）中本征点缺陷的热力学和输运进行了第一性原理研究.我们发现，LiCoO $_2$具有复杂的缺陷化学，不同的电子和离子缺陷可以存在于不同的合成条件下，和LiCoO $_2$样品的钴反位缺陷可以在锂过量（钴缺乏）的环境下。本文还提出了一个锂过化学计量比LiCoO $_2$的缺陷模型，该模型涉及带负电荷的锂反位和带正电荷的小（空穴）极化子。在LiNiO $_2$中，一定量的Ni $^{3+}$离子经历电荷分离，并且锂层中的镍离子浓度高。调整合成条件可以减少镍反位，但不会消除电荷反位。此外，我们发现，LiMO $_2$不能掺杂$n$ -或$p$ -型;电子传导发生通过跳跃的小极化子和离子传导发生通过迁移的锂空位，无论是通过单空位或双空位机制，这取决于空位浓度。
2014-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Phase growth control in low temperature PLD Co:TiO2 films by pressure
采用非反应脉冲激光沉积（PLD）技术，以氩气为缓冲气体，在（0001）Al2O3基片上制备了Co掺杂的TiO2薄膜，并对其结构和光学性能进行了研究。它表明，通过保持恒定的衬底温度在低至310 ℃和变化的背景气体压力仅在7 Pa和70 Pa之间，它是可能的生长外延金红石或纯金红石薄膜，以及与这两种多晶型物的混合物的膜。的薄膜的光学带隙的红移相比，通常报道的值为未掺杂的TiO 2，这是一致的n型掺杂的TiO 2矩阵。这种带隙红移使Co掺杂的TiO2薄膜的吸收边进入可见光区，这可能有利于其光催化活性。此外，带隙的红移依赖于薄膜的相组成，增加的Urbach能量增加的金红石含量。
2013-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Insulating titanium oxynitride for visible light photocatalysis
我们提出了一种系统的方法来获得各种形式的绝缘氮氧化钛Ti $_{n}$ N $_{2}$ O $_{2n-3}$，我们进行了详细的研究，它的$n=2$情况下，Ti $_{2}$ N $_{2}$ O。在密度泛函理论（DFT）和GW近似的框架下，我们研究了Ti $_{2}$ N $_{2}$ O的能量学和电子结构，并将这些结果与原始的和氮掺杂的TiO $_{2}$进行了比较.我们发现，Ti $_{2}$ N $_{2}$ O是半导体的计算带隙为1.81 eV，这是显着小于原始TiO $_{2}$金红石（3.14 eV）或金红石（3.55 eV）。此外，Ti $_{2}$ N $_{2}$ O的带隙的减小不是通过降低导带最小值而是通过升高价带最大值来实现的。因此，所提出的Ti $_{2}$ N $_{2}$ O具有用于水裂解的合适的带边对准。最后，总能量计算表明Ti $_{2}$ N $_{2}$ O比氮掺杂TiO $_{2}$更容易合成。基于这些结果，我们提出Ti $_{2}$ N $_{2}$ O是一种很有前途的可见光催化材料。
2017-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Optical and magnetic properties of Co-TiO2 sandwich Composite films grown by magnetron sputtering
过渡金属离子掺杂的TiO 2薄膜在室温下具有磁性，激发了许多科学家对其他性质的研究。采用射频反应磁控溅射和直流磁控溅射相结合的方法在玻璃和硅衬底上制备了Co-TiO_2三明治复合薄膜。利用Raman光谱和X射线光电子能谱（XPS）对薄膜的微观结构进行了表征。它显示了含Co纳米层的纳米TiO 2。随着Co纳米层厚度的增加，吸收光谱发生红移，这是由于量子限制效应和隧道效应的影响。磁性测试结果表明，在两层TiO_2之间添加12 nm Co层，样品的饱和磁化强度、剩磁和矫顽力分别为4.35 emu /g、1.02 emu/g和569.6 Oe。
2002-04-19 cond-mat.mtrl-sci
A viable and accurate route to GW simulations of metals and doped semiconductors
Istituto Nanoscienze- CNR, S3（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）；Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia（摩德纳和雷焦艾米利亚大学）；Dipartimento di Fisica, Università di Roma La Sapienza（罗马第一大学物理系）
本文提出一种高效的全从头算方法计算屏蔽库仑势，用于二维和三维金属的GW修正，通过插值、外推及动力学效应处理带内极化率，实现掺杂二维半导体带隙重整化与ARPES实验高度一致。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Controlled growth of rare-earth-doped TiO$_{2}$ thin films on III-V semiconductors for hybrid quantum photonic interfaces
本文提出在GaAs和GaSb衬底上通过低温脉冲激光沉积结合砷保护层与缺氧缓冲层，实现Er³⁺掺杂锐钛矿TiO₂(001)外延薄膜的可控生长，为单片集成稀土量子存储器与半导体单光子源、构建可扩展混合量子光子芯片提供了材料平台。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Orientational Ordering and Binding in Alkali doped C60 solids
用离子固体型计算很好地描述了导体A_3C_（60）的结合能。这是因为相邻位置上的分子波函数之间几乎没有重叠，所以电子实际上是定域在壳层上。这使人们相信，即使在A4 C60和A6 C60系统中，这种计算也是足够的。然而，对于阴离子上的大电荷，一些电子有可能离域并进入s带。我们计算结合能，保持这些离域电子x，作为一个参数，并尽量减少能量w.r.t.我们认为分子间的相互作用是由6-exp形式的C-C势和阴、阳离子之间以及它们之间的屏蔽库仑相互作用引起的。模型计算K1 C60，K3 C60，K4 C60和K6 C60的最低能量状态显示没有离域。内聚能对晶格常数的依赖性用于计算所有系统的体积模量。我们得到了与实验值相当好的相似性。此外，我们观察到的内聚能表现出与实验值的相似性差。此外，离域的一部分电子在双键的中心显示内聚能显着增加。
2000-05-23 cond-mat.mtrl-sci
$G_0W_0$@HF and BSE methods in periodic systems from Hartree-Fock theory: gaussian orbital and density fitting approach
School of Physics, Trinity College Dublin（都柏林三一学院物理学院）
本文提出了一种基于Hartree-Fock理论的$G_0W_0$和BSE方法，采用高斯轨道基组和密度拟合技术，在周期系统中计算准粒子能量，修正了Hartree-Fock理论中对带隙和价带宽度的过估计问题。
2026-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Element Doping and Substitution on the Electronic Structure and Macroscopic Magnetic Properties of SmFe$_{12}$-based Compounds
利用晶体场（CF）的详细分析，阐明了Sm离子的磁各向异性（MAs）增强的机制，即Sm原子的价电子和配体的屏蔽核电荷。为了研究有限温度下的磁性，我们开发了SmFe $_{12}X$（$X$ =H，B，C，N）和SmFe $_{11}M$（$M$ =Ti，V，Co）的有效自旋模型，其中磁矩，CF参数和交换场由第一性原理计算确定。利用这个模型，用最近引进的分析方法[T。Yoshioka，H. Tsuchiura和P. Novák，Phys. Rev. B { \bf 102}，184410（2020）]。在SmFe $_{12}X$中，轻元素掺杂的$X$被假定为在$2b$位置，并且在SmFe $_{11}M$中，Fe的取代位置被系统地研究为所有不等价的$8f$、$8i$和$8j$位置。我们发现，一阶MA常数$K_1$增加了约2倍，当氢掺杂到$2b$网站和Fe被取代时，由Ti或V在$8j$网站，由于长$4f$电子云的吸引力屏蔽周围的配体离子的正电荷。我们发现，当Fe被Co取代时，MA在所有温度下都增加，而与取代位点无关。取代的Co吸引电子，这降低了从Sm位点到空的$2b$位点的区域中的电子密度。这使得在Sm位点处的$4f$电子云沿着$c$ -轴方向固定，这改善了MA。计算的温度依赖性的$K_1(T)$和$K_2(T)$在SmFe $_{11}$ Co定性再现的情况下，Sm（Co $_x$ …
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
