ساختار الكتروني و محاسبه ي گاف نواري تركيب γ-Al2O3 با استفاده از پتانسيل تبادلي mBJ

Electronic Structure and Band Gap Calculations of γ-Al2O3 Compound Using Modified Becke-Johnson (mBJ) Exchange Potential

ساختار γ-Al2O3، يك ساختار اسپينلي معيوب با تهي جاهاي كاتيوني مي باشد كه به عنوان يك اكسيد فلزي متخلخل محسوب مي شود. محاسبات ما بر پايه نظريه ي تابعي چگالي و امواج تخت بهبود يافته باضافه ى اوربيتال هاي موضعي و استفاده از پتانسيل تبادلي بكه - جانسون اصلاح شده (MBJ )انجام شده اند. با استفاده از اين پتانسيل تبادلي، توانستيم گاف نواري بهتري براي تركيبγ-Al2O3، در مقايسه با كار محاسباتي ديگران بدست آوريم كه اين مقدار برابر با 8/02 الكترون ولت و در توافق با مقدار تجربي8/7 الكترون ولت مي باشد. نتايج حاصل از چگالي حالت هاي الكتروني براي اين ساختار، نشان مي دهد كه اربيتال p اتمهاي اكسيژن نزديك به تهي جاها، سهم عمده اي در لبه ي نوار ظرفيت دارند. از بررسي چگالي بار به اين نتيجه رسيديم كه قطبش ابر الكتروني اكسيژن به سمت كاتيون هاي آلومينيوم متمايل و سيب يك پيوند قوي دو قطبي بين اتمهاي Al و O شده است.

γ- Al2O3 is described as a defective spinel structure with some cationic vacancies, which is considered as a porous metal oxide. Our calculations are performed within the density functional theory using the full potential augmented plane waves plus local orbitals method applying the modified Becke-Johnson exchange potential. The results show that this exchange potential can predict the band gap value (8.02eV) in much better agreement with experiment value (8.7eV), compared to the previous results of the others employing other functionals. Our electronic structure analysis elucidates that the character of the valence band maximum is mainly originated from the p-orbital of those oxygen atoms that are closer to the vacancy. The charge density results show that the polarization of the oxygen electron cloud is directed toward aluminium cations, which causes Al and O atoms to be tightly connected by a strong dipole bond