Charge and magnetic states of rutile TiO2doped with Cr ions

铁磁性 金红石 材料科学 掺杂剂 兴奋剂 凝聚态物理 磁性半导体 居里温度 电子结构 离子 磁化率 Atom(片上系统) 化学 物理 光电子学 嵌入式系统 有机化学 计算机科学
作者
Rokyeon Kim,Suyeon Cho,Won Goo Park,Deok–Yong Cho,Se-Jung Oh,R. Saint-Martin,P. Berthet,Je‐Geun Park,Jaejun Yu
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:26 (14): 146003-146003 被引量:17
标识
DOI:10.1088/0953-8984/26/14/146003
摘要

We observe that the electronic and magnetic properties of Cr-doped rutile TiO2 single crystals are highly dependent on growth conditions. The ferromagnetic component of magnetic susceptibility is observed to be enhanced for samples grown under oxygen-rich conditions. To understand the charge state of Cr dopants and their role in response to an external magnetic field, we carry out density functional theory calculations for Cr-doped rutile TiO2. Using the results of formation energy calculations in the presence of oxygen vacancies and Cr atom substitution at the Ti sites, we demonstrate that the Cr3+ state is a source of Curie-Weiss-type magnetic response, whereas the Cr4+ defect states contribute to the ferromagnetic component. We also provide the electronic structures of various defect configurations and attempt to explain the optical and electronic properties of the Cr-doped system.

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