Fe、Co、Ni以及（Ag,Fe）掺杂的铁电PbTiO3纳米颗粒的带隙能量降低

《physica status solidi (b)–– basic solid state physics》：Reduced Bandgap Energy of Fe, Co, Ni, and (Ag,Fe)-Doped Ferroelectric PbTiO3 Nanoparticles

基于微观模型与格林函数理论，首次系统研究了PbTiO3纳米颗粒的磁化强度、带隙能量和极化率随尺寸和离子掺杂的变化规律。表面氧空位调控了表面与体相的交换相互作用常数，导致纳米颗粒呈现室温铁磁性和尺寸减小带隙降低效应。过渡金属离子掺杂引起的应变进一步调整交换常数，解释了掺杂浓度与磁化强度及带隙能量之间的关联。共掺杂Ag和Fe的PTO表现出与实验数据高度吻合的特性。

　　

摘要

利用微观模型和格林函数理论，首次研究了PbTiO₃纳米粒子的磁化强度、带隙能量和极化特性与尺寸及离子掺杂程度的关系。由于表面存在氧空位，表面上的自旋交换相互作用常数与体相中的有所不同。这导致了室温下的铁磁现象，并且随着粒子尺寸的减小，带隙能量也随之降低。通过在Ti位点掺入过渡金属离子，会产生不同的应变，从而改变掺杂化合物中的交换相互作用常数。因此，从微观层面解释了随着掺杂浓度增加，磁化强度增强和带隙能量降低的现象。为了保持自发极化并降低带隙能量，还研究了共掺杂（Ag,Fe）的PTO材料，其结果与实验数据非常吻合。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。