مقایسة تابعی‌های PBE و HSE06 در محاسبه ساختار نواری الکترونی TiO2

Abstract

ساختار و گاف نواری الکترونی چند دستۀ مختلف از ساختارهای TiO2 به وسیلۀ نظریۀ تابعی چگالی و با تابعی‌های PBE و HSE06 محاسبه شد. مقادیرگاف نواری محاسبه شده توسط HSE06 برای فازهای روتیل و آناتاس به ترتیب 3.4 و 3.58 الکترون‌ولت بدست آمد که با مقادیر تجربی 3 و 3.2 الکترون‌ولت در توافق است. مدول حجمی نیز برای فازهای روتیل و آناتاس توسطPBE محاسبه گردید و به ترتیب مقادیر 226 و 205 گیگاپاسکال برای آنها به‌دست آمد که با مقادیر متناظر تجربی به ترتیب به اندازة 7 و 14 درصد اختلاف دارد. مقایسۀ دو تابعی مذکور در محاسبۀ ساختار نواری الکترونی ساختارهای مختلف TiO2 نشان داد که شکل ساختار نواری محاسبه شده توسط این دو تابعی، حداقل برای ساختارهای بررسی شده در این‌جا، مشابه است. مخصوصاً قسمت‌های بالایی نوار ظرفیت و قسمت‌های پایینی نوار رسانش دقیقاً یکسان هستند. بنابراین نوع (مستقیم یا غیرمستقیم) گاف نواری محاسبه شده با این دو تابعی یکسان خواهد بود. مهم‌ترین تفاوت این دو تابعی در محاسبۀ ساختار نواری، فاصلۀ بین نوارهای رسانش و ظرفیت و بنابراین اندازۀ گاف نواری است. اختلاف گاف محاسبه شده توسط این دو تابعی برای همۀ ساختارهای بررسی شده در این‌جا مقدار تقریبا یکسان eV 1.6 است.