Hình 1.4: Giản đồ cấu trúc vùng năng lượng của tinh thể WO3 (bên trái) và WO2 (bên phải) ở 0 K. Vùng được tơ đậm chỉ sự lấp đầy của điện tử. Mũi tên chỉ mức fermi εF [96,121].
Trên hình 1.4 là giản đồ cấu trúc các vùng năng lượng của hai loại oxit Vonfram WO3 (a) và WO2 (b) ở nhiệt độ 0K [96,121]. Vùng hĩa trị bao gồm các vùng năng lượng tương ứng với các quỹ đạo 2s và 2p của các nguyên tử O, vùng dẫn là vùng năng lượng tương ứng với các quỹđạo 5d của các nguyên tử W.
Trong trường hợp WO2, 16 trạng thái điện tửở vùng hĩa trị đều được lấp đầy và hai trạng thái điện tử được điền vào vùng dẫn, mức Fermi nằm ở vùng t2g của ocbital W5d. Green [68] cho rằng các điện tử tự do này hấp thụ mạnh các photon ở
vùng hồng ngoại và vùng ánh sáng đỏ gây nên màu xanh trong vật liệu.
Đối với WO3, vùng hĩa trị của các nguyên tử Oxy cĩ tất cả 24 trạng thái điện tử được lấp đầy hồn tồn cịn vùng dẫn thì hồn tồn trống. Mức Fermi nằm giữa khe năng lượng với Eg khoảng từ 2,6 đến 3,6 eV [3,161] nên WO3 khơng màu hoặc vàng nhạt. Khi cĩ sự xâm nhập của cặp điện tử và ion M+ (cĩ kích thước nhỏ như
H+, Li+, Na+, K+) từ bên ngồi vào tương tác với phân tử WO3, một ion O2- liên kết với M+ cịn ion W6+ bẫy điện tử và chuyển thành W5+. Điện tử bị bẫy này điền vào vùng W5d t2g, mức Fermi cũng dịch chuyển lên vùng dẫn. Vật liệu chuyển từ trạng thái trong suốt (hoặc vàng nhạt) sang trạng thái cĩ màu xanh giống như của WO2.