CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.2. Điện tích Bader
Việc xác định các điện tích nguyên tử là rất kho khăn vì đây khơng phải là một tính chất có thể quan sát được và cũng khơng tồn tại một tốn tử cơ học lượng tử cho các điện tích nguyên tử. Khả năng sử dụng của các điện tích nguyên tử thường được chứng minh, ví dụ, để dự đốn tính chất vật liệu và giải thích kết quả thí nghiệm.
Trong nhiều thập kỷ, phân tích điện tích Mulliken [25] đã được sử dụng rộng rãi, vì các điện tích Mulliken có sẵn từ các tính tốn ab initio dựa trên quỹ đạo. Tuy nhiên, phương pháp phân vùng điện tích Mulliken có những nhược điểm đáng kể phát sinh từ cơ sở lý thuyết yếu. Hơn nữa, phương pháp Mulliken có vấn đề với tính nhất quán của bộ cơ sở. Gần đây, phương pháp phân tích điện tích Bader [3] đã trở thành phương pháp được lựa chọn. Do đó, hệ thống được chia thành các bề mặt cực tiểu đối với mật độ điện tử. Bên cạnh một vài trường hợp ngoại lệ đặc biệt,[3, 13, 18] đỉnh mật độ điện tử ở hạt nhân nguyên tử và mọi nguyên tử do đó được gán chính xác một khối lượng.
Ba ưu điểm đáng kể của phương pháp Bader được ghi nhận. (i)Phương pháp này có một cơ sở lý thuyết vững chắc. Tính chất của các nguyên tử thu được bằng cách tích hợp tốn tử thích hợp trong thể tích ngun tử và tổng các tính chất nguyên tử mang lại tổng tính chất phân tử/hệ thống.[2] (ii)Phân vùng của hệ thống không phân cực đối với phương pháp lấy mật độ điện tử. (iii)Mật độ điện tích có khả năng quan sát được và kết quả có thể xác thực bằng thực nghiệm ví dụ như sử dụng XRD.
34 Bảng 3.2. Điện tích Bader thay đổi theo nồng độ pha tạp của SnO2 pha rutile và cubic.
rutile
35 Độ âm điện của nhôm là 1.61 (thang Pauling) nhỏ hơn độ âm điện của thiếc 1.96 (thang Pauling) suy ra khả năng cho electron của nhôm lớn hơn thiếc, từ đó thấy được khi pha tạp Al vào SnO2 thì các Oxi lân cận sẽ hút được nhiều electron bởi vì Al là kim loại mạnh hơn so với Sn điều này có thể chứng minh qua hình ELF ta thấy rằng khi pha tạp 2% Al thì mật độ electron xung quanh Oxi tăng lên một cách đáng kể và qua bảng cũng có thể thấy được chỉ số bader của Oxi tăng rõ rệt và chị số bader của thiếc giảm đi nhiều. Tuy nhiên khi có sự xuất hiện của nito trong cấu trúc mạng tinh thể, chỉ số bader của oxi trong bảng tăng nhẹ, điều này là rất cần thiết bởi vì như đã đề cập ở trên, để tạo ra SnO2 bán dẫn loại p ta cần pha tạp nguyên tố thuộc nhóm III trong bảng tuần hoàn, và cụ thể ở đây sử dụng nhơm làm tạp chất tuy nhiên có một vấn đề lớn ở đây là khi pha tạp nhơm thì tương tác giữ oxi và nhôm rất lớn làm cấu trúc tinh thể khơng ổn định thậm chí có thể gây phá vỡ cấu trúc và tạo ra các vị trí khuyết oxi dẫn đến hiện tượng bù điện tích. Và để khắc phục điều đó việc đưa thêm nito vào mạng tinh thể là rất quan trọng, nito có độ âm điện là 3,04 (thang Pauling) và độ âm điện của oxi là 3,44 (thang Pauling) do đó khả năng lấy electron của nito kém hơn của oxi rất nhiều. Điều này sẽ làm cân bằng các tương tác trong mạng và làm cấu trúc được ổn định có thể quan sát từ bảng 3.2 việc đưa nito vào làm cho chỉ số bader được cân bằng. Tuy nhiên khi pha tạp nito đến nồng độ 3% thì sẽ xuất hiện nhiều tương tác giữa các nguyên tử với nhau dẫn đến cấu trúc trở nên kém bền, không ổn định.
36