بررسي حالت هاي باري و مغناطيسي اتم آهن آلائيده شده در ساختار روتايل TiO2

Investigation of charge and magnetic states of Fe atom doped rutile TiO2

در اين مقاله، خواص ساختاري و مغناطيسي حالت هاي يوني Fe آلائيده شده در ساختار روتايل rutile) TiO2) با استفاده از نظريه تابعي چگالي محاسبه گرديده است. به منظور مطالعه حالت باري اتم آهن و نقش آن در خواص مغناطيسي، پيكربندي - هاي گوناگوني از اتم آهن با حضور و عدم حضور تهي جايي اتم اكسيژن در شبكه بلوري TiO2 در نظر گرفته شده، و تاثير تهي جايي اتم اكسيژن بر روي ساختار الكتروني هر پيكربندي مورد بررسي قرار گرفته است. بررسي نمودار چگالي حالت انرژي مربوط به پيكربندي بين شبكه اي اتم آهن به همراه تهي جايي اكسيژن نشان مي دهد كه حالت باري پايدار براي اتم آهن، +2 است. در ادامه، اثر تغيير ساختار شبكه از طريق تغيير مكان تهي جايي اكسيژن نسبت به آهن جايگزيده در جايگاه Ti براي ساير حالتهاي يوني Fe در نمودار چگالي حالت نيز مورد بحث قرار گرفته است. به منظور بررسي دقيق تر حالتهاي يوني اتم آهن از طريق موقعيت شبكه اي آن، پارامترهاي مربوط به شيفت ايزومري (δ) و شكافتگي چهارقطبي (Δ) محاسبه شده، و نتايج آن با نتايج تجربي طيف سنجي موسبائر مربوط به حالت هاي باري +2Fe و +3Fe مقايسه شده است.

The structural and magnetic properties of Fe doped rutile TiO2 is calculated using density function theory. In order to study the different charge states of Fe، and their role in the magnetic properties as well، the various configurations of Fe are considered. Moreover، the effect of oxygen vacancy on electronic structure of each configuration is investigated. The results corresponding to the density of state energy in the configuration of interstitial Fe with oxygen vacancy show that the charge state of Fe is 2+. Furthermore، by changing the distance between vacancy oxygen and substantial Fe at Ti site، the effect of crystalline structures on other possible charge states of Fe are discussed. In order to shed light on charge states of Fe by its location on lattice، the hyperfine parameters of isomer shift and quadrupole splitting are calculated، and the results are compared with available experimental Mössbauer results for Fe2+ and Fe3+ charge states.