Estudio teórico empleando DFT+U de las propiedades de la titania dopada con N

G.F. CABEZA; C.I.N. MORGADE; N.J. CASTELLANI

San Carlos de Bariloche

Congreso; 98 Reunión Nacional de la AFA; 2013

Asociación Física Argentina, Filial Bariloche

La titania (TiO2) ha recibido desde hace tiempo mucha atención ya que es un semiconductor y fotocatalizador altamente prometedor. Para mejorar su actividad dentro del espectro de luz visible, fueron estudiados diferentes elementos dopantes tanto para disminuir el ancho de banda prohibida como extender la vida media de los transportadores de carga. El estudio del óxido modificado con N ha resultado en la mayoría de los casos en una mejora de su actividad pero en la literatura publicada, la información tanto experimental como teórica es ampliamente controversial. Por un lado, los diferentes métodos y precursores utilizados como reactivos en la obtención de las muestras experimentales a estudiar, influyen ampliamente en las observaciones realizadas [1]. Por otro lado, es sabido que la representación teórica de la estructura electrónica es fundamental para la comprensión del sistema pero a su vez altamente dependiente de los potenciales de correlación e intercambio empleados [2]. Es por ello que comenzamos el estudio de estos sistemas sin dopar con un análisis de diferentes propiedades empleando ambas aproximaciones: LDA y GGA. En particular, uno de nuestros objetivos en este estudio es aportar nuevos resultados desde el punto de vista teórico, basados en una representación rigurosamente optimizada del sistema empleando el código VASP [3] dentro del formalismo de la Teoría de la Funcional Densidad, con la inclusión del coeficiente de Hubbard (DFT+U) actuando sobre los estados 3d del Ti. El valor de U optimizado para los electrones del Ti tanto en la estructura anatasa como rutilo es U = 8 (GGA); este valor nos permite representar correctamente el ancho del BG con un valor de 3.21 eV para la anatasa y 2.61 eV para el rutilo (valores experimentales de 3.2 eV y 3.0 eV respectivamente). En este trabajo mostramos un estudio completo de las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de ambos polimorfos dopados con N en posiciones sustitucionales e intersticiales. Los resultados muestran que para anatasa ambos tipos de dopados disminuyen el ancho de banda prohibida con aumento del ancho de su banda de valencia. Por el contrario para el rutilo, ambos tipos de dopado provocan contracciones de las bandas de valencia y aumentos de la banda prohibida. El dopado en todos los casos aporta un importante momento magnético localizado sobre el defecto. [1] J. Ananpattarachai et al, J. of Haz. Mat. 168 (2009) 253. [2] E. Finazzi et al, J. of Chem Phys. 129 (2008) 154113. [3] G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev. B 47 (1993) 558.