CHƢƠNG III : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Tính chất điệntử của Bi4Ti3O12pha tạp kim loại kiềm
3.3.1. Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái
a/ Bi4Ti3O12ngun thủy
Hình 3.4 đưa ra kết quả tính cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của Bi4Ti3O12nguyên thủy
Hình 3.5:Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của Bi4Ti3O12 nguyên thủy
Từ cấu trúc vùng năng lượng, chúng ta thấy rằngBi4Ti3O12nguyên thủy là một bán dẫn gián tiếp với độ rộng khe năng lượng là 1.222ev. Từ mật độ trạng thái, chúng ta thấy rằng mức Fermi nằm sát đỉnh của vùng hóa trị. Ở vùng xung quanh mức Fermi,mật độ trạng thái được đóng góp chủ yếu bởi các orbital p. Tuy nhiên, ở sâu hơn trong vùng hóa trị, có một vùng mật độ dài rộng với năng lượng từ -20 đến -16 (eV) với sự đóng góp chủ yếu bới các orbital s.
b/ Bi4Ti3O12pha tạp
Hình 3.4a đưa ra mơ hình phân loại và vị trí các ngun tử, có 2 nhóm Bi là Bi nhóm 1 (Bi1, Bi1’) và Bi nhóm 2 (Bi2, Bi2’). Các nguyên tử Bi nhóm 1 nằm ở lớp Perovskite, xen kẽ giữa các khối bát diện (TiO6), liên kết với 5 nguyên tử Oxygen xung quang. Cịn các ngun tử Bi nhóm 2 nằm ở lớp (BiO2) liên kết với 4 nguyên tử Oxygen xung quanh tạo thành cấu trúc kim tự tháp. Nhằm giữ tính đối xứng của mạng tinh thể để giảm thời gian tính tốn, mơ hình pha tạp 50% -50% (Bi0.5M0.5)4Ti3O12với M là các kim loại kiềm (Li, Na, K, Rb, Cs, và Fr) được đưa ra để tính tốn. Trong mơ hình pha tạp 50% -50%, kim loại kiềm M có thể thay thế cho các Bi ở nhóm 1 hoặc nhóm 2. Trong phần này chúng tơi chọn thay thế M cho Bi nhóm 1 vì nhóm này sẽ ảnh hưởng mạnh lên cấu trúc của các khối bát diện (TiO6)là nhân tố ảnh hưởng mạnh đến các tính chất lý thú của vật liệu này.
Các hình từ 3.6 đến 3.11 đến đưa ra kết quả tính cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của Bi4Ti3O12pha tạp dạng (Bi0.5M0.5)4Ti3O12với M là các kim loại kiềm Li, Na, K, Rb, Cs, và Fr. Chúng ta thấy rằng
+ Giống như Bi4Ti3O12 nguyên thủy, ở vùng xung quanh mức Fermi mật độ trạng thái được đóng góp chủ yếu bởi các orbital p. Tuy nhiên, ở sâu hơn trong vùng hóa trị là sự đóng góp chủ yếu bởi các orbital s.
+ Độ rộng khe năng lượng tăng lên khi pha tạp các kim loại kiềm có số khối tăng từ 1.783eV khi pha tạp Li đến 2.544eV khi pha tạp Fr.
+ Khi pha tạp Li, Na, K và Rb, mức Fermi ở gần vùng dẫn hơn vùng hóa trị. Trong khi mức Fermi ở giữa khi pha tạp Cs và ở gần vùng dẫn hơn khi pha tạp Fr
+ Khi pha tạp Cs và Fr vùng trạng thái xuất hiện thêm [-8:-10]eV đã hợp với vùng trạng thái [-7.5:-9.0]eV tạo thành một vùng trạng thái rộng và cao hơn. Ngoài ra, trường hợp pha tạp Fr cịn có thêm một vùng trạng thái nữa xuất hiện trong dải [-16:-18]eV.
Hình 3.6:Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của(Bi0.5Li0.5)4 Ti3O12
Hình 3.7:Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của(Bi0.5Na0.5)4 Ti3O12
Hình 3.8:Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của(Bi0.5K0.5)4 Ti3O12
Hình 3.9:Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của(Bi0.5Rb0.5)4 Ti3O12
Hình 3.10:Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của(Bi0.5Cs0.5)4 Ti3O12
Hình 3.11:Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái tương ứng của(Bi0.5Fr0.5)4 Ti3O12