Perpustakaan Digital ITB

Ide terbaru di dalam menggabungkan muatan dan spin diimplementasikan pada perangkat spintronik. Untuk mewujudkan ide tersebut, derajat kebebasan spin dapat diperoleh dengan mendadahkan unsur logam transisi ke dalam semikonduktor non-magnetik dengan konsentrasi sedikit, yang disebut dengan diluted magnetic semiconductor (DMS). DMS ferromagnetik suhu ruang dipelajari untuk mewujudkan aplikasi masa depan. Dengan menggunakan pemodelan ab initio, sifat-sifat elektronik dan magnetik supercell 2 × 2 × 2 berupa TaxTi1–xO2 (x = 3.125%) anatase diinvestigasi. Sifatsifat tersebut dimodifikasi dengan pendadahan tambahan M, yang memunculkan TaxMyTi1–x–yO2 (M = Fe, Ni, Co) (x = y = 3.125 %). Tujuan utama penelitian ini adalah untuk memodelkan sifat-sifat sistem-sistem tersebut dengan menunjukkan struktur pita, rapat keadaan total dan terproyeksi. Metode yang digunakan adalah metode generalized gradient approximation (GGA) yang divalidasi dengan mengitung sifat-sifat TiO2 anatase murni. Energy tolakan Coulomb on-site efektif (Ueff) diikutkan pada orbital d untuk memperbaiki sifat elektronik. Sistem TiO2 anatase murni memiliki sifat semikonduktor celah pita (Eg) sebesar 2.07 eV dan 3.14 eV (0.80 ? to ?), masing-masing untuk Ueff = 0 eV dan 5.82 eV, juga nilai lebar pita valensi (VB) yang dihitung sebesar 4.57 eV dan 4.56 eV. PDOS yang dihitung menunjukkan hibridisasi yang kuat antara Ti 3d dan O 2p. Dengan pendadahan Ta, TaxTi1–xO2 (x = 3.125%) anatase memiliki sifat ferromagnetik setengah logam dengan momen magnetik total sebesar 1.00 ?B, yang dimunculkan dari dengan momen magnetik lokal sebesar 0.31 ?B, dan Ta5+. Struktur pita spindown menunjukkan nilai Eg = 3.24 eV (0.25 ? ? ?). Dengan perlakuan pendadahan M, sistem TaxFeyTi1–xO2 (x = y = 3.125%) anatase memiliki sifat ferromagnetik semikonduktor dengan momen magnetik total sebesar 5.00 ?B, yang utamanya berasal dari momen magnetik lokal yang terdelokalisasi sebesar 4.261 ?B pada posisi Fe. Struktur pita spin-up and spin-down menunjukkan Eg selebar 2.94 eV (0.25 ? ? ?). Di samping itu, sistem TaxNiyTi1–xO2 (x = y = 3.125%) anatase memiliki sifat ferromagnetik setengah logam dengan momen magnetik total sebesar 1.11 ?B, yang utamanya berasal dari momen magnetik lokal terlokalisasi sebesar 1.577 ?B pada posisi Ni. Struktur pita spin-down menunjukkan Eg sebesar 2.97 eV (? ? ?). Sistem TaxCoyTi1–xO2 (x = y = 3.125%) anatase memiliki sifat semikonduktor nonmagnetik. Struktur pita spin-up and spin-down band structure menunjukkan Eg sebesar 2.30 eV (? ? M). Untuk semua sistem, tingkat degenerasi Ti 3d, Fe 3d, Ni 3d, dan Co 3d untuk masing-masing sistem menurun oleh disorsi Jahn-Teller pada keadaan dzx dan dzy, dibandingkan dengan Ti 3d pada TiO2. Lebar pita valensi yang dihitung dari sistem-sistem tersebut lebih lebar daripada lebar pita valensi TiO2 murni akibat hibridisasi Ta 5d-O 2p untuk TaxTi1–xO2 dan TaxFeyTi1–xO2, Ni 3d-O 2p untuk TaxNiyTi1–xO2, dan Co 3d-O 2p untuk TaxCoyTi1–xO2. Selain menunjukkan sifat-sifat elektronik dan magnetik yang detail, penelitian ini mengusulkan bahwa TaxTi1–xO2 dan TaxNiyTi1–xO2 dapat diorientasikan untuk aplikasi transparent conducting oxide, sedangkan TaxCoyTi1–xO2 dan TaxFeyTi1–xO2 masing-masingnya dapat diorientasikan untuk aplikasi fotokatalitik dan DMS. Berdasarkan pemodelan yang sukses sistem-sistem berbasis TiO2 anatase, sifat elektronik dan magnetik VxNiyTi1–x–yO2 (x = 0, 6.25%; y = 0, 6.25%) rutile diinvestigasi. Sistem VxTi1–xO2 (x = 6.25%) rutile memilki sifat ferromagnetik setengah logam tipe n dengan momen magnetik total terlokalisasi sebesar 1.00 ?B per atom V, yang utamanya berasal dari keadaan V 3d. Dengan mengikutkan Ueff, sifat tersebut ditingkatkan menjadi ferromagnetik semikonduktor tipe n. Sistem VxNiyTi1–x–yO2 (x = y = 6.25%) rutile memiliki sifat ferromagnetik setengah logam dengan momen magnetik total terdislokalisasi sebeesar 1.36 ?B per atom Ni, yang utamanya berasal dari keadaan Ni 3d, dengan mengikutkan Ueff. Secara meyeluruh, pendadahan Ni substitusional meningkatkan konduktivitas and ferromagnetisme VxTi1–xO2 rutile. Perhitungan juga diperluas untuk sifat elektronik dan optik oksikalkogenida berlapis (LaO)CuCh (Ch = S, Se, dan Te), yang Te masing-masingnya memiliki Eg sebesar 1.67 eV, 1.44 eV, dan 1.20 eV. Selanjutnya, pita valensi teratas yang dihitung dapat dibagi menjadi tiga keadaan, yaitu keadaan-keadaan anti-berikatan dan berikatan yang berasal dari hibridisasi Cu 3d-t2g and Ch p, dan tak berikatan yang berasal dari keadaan Cu 3d-eg yang terlokalisasi. Tetapan dielektrik dan dikroisme optik tertinggi ditemukan pada sistem (LaO)CuTe, sedangkan konduktivitas tipe p lebih kuat pada sistem (LaO)CuSe. Tingkat-tingkat energi keadaan plasmonikd dapat juga diubah dengan mengubah Ch. Hasil ini sangat penting untuk aplikasi perangkat fungsional baru.