人工晶体学报

作者：魏丽静;郭建新

单位：华北电力大学科技学院,保定,071051;河北大学物理科学与技术学院,保定,071002

关键词：掺杂;SnTiO3;第一性原理;能带,

基金：河北省自然科学基金(20172010034);中央高校基本科研业务费专项资金资助(2016MS158)

获得窄的带隙和大的极化强度是提高铁电光伏材料性能的关键.本文采用第一性原理方法,研究了S掺杂对SnTiO3带隙和极化强度的影响.通过计算两种最可能的替换掺杂位置,确定了稳定的SnTiO3-xSx掺杂结构.研究发现,S的掺杂会引起SnTiO3沿c轴拉伸,使c/a值变大,带隙宽度变小,极化强度变大.SnTiO3-xSx在x=0.33和x=0.5时的带隙相同,此时S掺杂量的改变并没有引起带隙的变化;但S掺杂量增加到x=1时(即SnTiO2S)具有金属性.进一步的态密度分析表明,S适量掺入后与Ti和Sn成键,降低了Ti的非占据态能量,导带的Ti 3d轨道向低能级移动,从而使掺杂SnTiO2S的带隙由SnTiO3的1.87 eV降低到1.01 eV.通过Bader电荷分析SnTiO2S带隙降低的原因,结果显示,S的引入导致SnTiO2S中离子电荷的总数变小,体系整体电离度变弱,从而引起带隙变小.使用Berry相方法计算表明,随着掺杂量的增加,SnTiO3-xSx的极化强度也会增加.本工作从理论上预测S掺杂能够降低无Pb材料SnTiO3的带隙并使其保持大的极化强度,为改善SnTiO3的铁电光伏特性提供了一种有效手段.

来源：2019年第6期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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