The electronic structure, optical and magnetic properties of Cu, Fe, Mn, Ni, and V Doped Bi2WO6 in the visible light region

材料科学 兴奋剂 带隙 铁磁性 半导体 磁性半导体 铁磁性 吸收(声学) 吸收边 凝聚态物理 光电子学 磁化 物理 磁场 量子力学 复合材料
作者
Yilong Tian,Qingquan Xiao,Quan Xie,Yao Zhu,Jianfeng Ye,Shengshang Lu
出处
期刊:Physica Scripta [IOP Publishing]
卷期号:100 (4): 045918-045918 被引量:2
标识
DOI:10.1088/1402-4896/ad9fb3
摘要

Abstract The elastic and mechanical properties of intrinsic Bi 2 WO 6 semiconductors, along with the electronic, optical, and magnetic properties of Cu-, Fe-, Mn-, Ni-, and V-doped Bi 2 WO 6 at a uniform doping concentration of 6.25%, are studied using density functional theory (GGA+U). The study shows that intrinsic Bi 2 WO 6 semiconductors exhibit good mechanical stability, anisotropy, and mixed ionic-covalent characteristics (Poisson’s ratio ν = 0.17), classifying them as brittle oxide materials (B/G ≈ 0.8). Compared to intrinsic Bi 2 WO 6 , the doped Bi 2 WO 6 exhibits a narrower bandgap, a broader absorption spectrum, and higher optical sensitivity. Their optical properties in the visible light range surpass those of intrinsic Bi 2 WO 6 , making them more promising for use as semiconductor catalysts. Notably, Cu- and V-doped Bi 2 WO 6 exhibit higher absorption coefficients in the visible light region compared to other element-doped Bi 2 WO 6 , with a broader absorption spectrum and more pronounced photocatalytic effects. Furthermore, Cu-, Fe-, Mn-, Ni-, and V-doped Bi 2 WO 6 materials exhibit characteristics of diluted magnetic semiconductors, The total magnetic moments are 1.793 μ B (Bi 1.9375 Cu 0.0625 WO 6 ), 3.086 μ B (Bi 1.9375 Fe 0.0625 WO 6 ), 3.823 μ B (Bi 1.9375 Mn 0.0625 WO 6 ), 1.257 μ B (Bi 1.9375 Ni 0.0625 WO 6 ), and 1.859 μ B (Bi 1.9375 V 0.0625 WO 6 ). Bi 1.9375 Mn 0.0625 WO 6 exhibits ferromagnetic ordering, while Bi 1.9375 Cu 0.0625 WO 6 , Bi 1.9375 Fe 0.0625 WO 6 , Bi 1.9375 Ni 0.0625 WO 6 , and Bi 1.9375 V 0.0625 WO 6 exhibit Ferrimagnetic ordering. Compared to other element-doped Bi 2 WO 6 , Bi 1.9375 Mn 0.0625 WO 6 shows a larger energy difference between the FM and NM ordering states(Δ E = 18.510 eV), demonstrating stronger magnetic ordering than Cu-, Fe-, Ni-, and V-doped Bi 2 WO 6 , and these materials hold potential for application in electronic spin-polarized devices.
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