Để bổ sung thêm thông tin về ảnh hưởng của sự thay thế Cr cho Fe lên tính chất quang của vật liệu BiFeO3, chúng tôi đã đo phổ hấp thụ của hệ mẫu trong khoảng bước sóng từ 400 đến 800 nm. Nhóm của P. Ravindran và các cộng sự [7] đã tiến hành đo phổ hấp thụ của vật liệu BiFeO3 và thu được kết quả có dạng như hình 3.7, bằng cách tính gần đúng độ rộng vùng cấm từ phổ
hấp thụ (xem hình 3.7), P. Ravindran và các cộng sự [7] đã chỉ ra độ rộng vùng cấm của vật liệu BiFeO3 cỡ 2.5 eV.
Hình 3.7. Phổ hấp thụ của vật liệu BiFeO3 [7].
Kết quả đo phổ hấp thụ của tất cả các mẫu vật liệu Bi0.9Sm0.1Fe1-xCrxO3
(x= 0.02 - 0.1) được chỉ ra trên hình 3.8. Kết quả cho thấy, khi nồng độ Cr thay thế cho Fe nhỏ (x = 0.02) ta có thể quan sát thấy bờ hấp thụ khá rõ trên phổ hấp thụ. Khi nồng độ Cr tăng (x ≤ 0.06) bờ hấp thụ của các mẫu không còn sắc nét và có xu hướng dịch về phía bước sóng dài; vùng hấp thụ mở rộng về phía năng lượng thấp.
Để tính toán độ rộng vùng cấm của các mẫu, chúng tôi xác định gần đúng bước sóng hấp thụ từ đồ thị để áp dụng tính gần đúng độ rộng vùng cấm theo công thức:
(3.1)
trong đó λ là bước sóng hấp thụ được xác định gần đúng bằng giá trị điểm cắt của tiếp tuyến với trục hoành (hình 3.8).
Kết quả tính gần đúng độ rộng vùng cấm của mẫu x = 0.02 cho thấy, độ rộng vùng cấm của mẫu có giá trị khoảng 1.85 eV, giảm so với BiFeO (cỡ
Đ ộ hấp thụ (đ.v.t.y .) Bước sóng (nm)
2.5 eV) [7]. Khi nồng độ pha tạp x tăng, độ rộng vùng cấm của các mẫu có xu hướng giảm vì bờ hấp thụ của các mẫu dịch về phía bước sóng dài. Tuy nhiên khi nồng độ Cr thay thế tăng cao (x ≥ 0.08), ta rất khó để xác định chính xác bờ hấp thụ, đặc biệt khi x > 0.1 vùng hấp thụ gần như mở rộng trong toàn giải bước sóng đo. Tức là các mẫu có khả năng hấp thụ toàn bộ ánh sáng trong vùng khả kiến và một phần trong vùng ánh sáng hồng ngoại. Sự mở rộng bờ hấp thụ này theo chúng tôi có thể có liên quan tới đóng góp của các quá trình chuyển dời giữa các trạng thái năng lượng của ion tạp chất và chuyển dời từ mức tạp chất lên vùng dẫn của vật liệu.
400 450 500 550 600 650 700 750 800 Đ ộ hấ p t hụ (đ. v.t. y.) Bước sóng (nm) x=0.02 x=0.1 Hình 3.8. Phổ hấp thụ của hệ mẫu Bi0.9Sm0.1Fe1-xCrxO3 (x= 0.02-0.1)
Kết hợp với kết quả phân tích XRD và Raman có thể khẳng định sự mở rộng vùng hấp thụ và dịch bờ hấp thụ về phía bước sóng dài có thể do đóng góp của các trạng thái tạp Cr gây ra. Đây cũng là một bằng chứng thực
nghiệm đáng tin cậy chứng tỏ Cr đã thay thế cho Fe trong cấu trúc. Các trạng thái tạp trong vùng cấm của vật liệu Bi0.9Sm0.1Fe1-xCrxO3 (x = 0.02 - 0.1) được
hình thành trên cơ sở các mức năng lượng của các điện tử 3d của các ion Cr và các khuyết tật mạng tinh thể.