Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

Abstrak :

Diantara tiga struktur TiO₂, anatase TiO₂ telah mendapat banyak perhatian karena sifatnya yang menarik serta potensinya untuk dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi. Berbagai aplikasi tersebut bergantung pada sifat transpor material ini. Beberapa penelitian terdahulu mengenai sifat transport anatase TiO₂ menunjukkan adanya kopling antara elektron dan fonon yang membentuk suatu kuasi partikel bernama polaron. Namun, belum ada penjelasan mengenai bagaimana keberadaan polaron pada anatase TiO₂ mempengaruhi sifat transpor terutama resistivitas. Oleh karena itu, kami melakukan studi teoretik terhadap sifat transport anatase TiO₂ yang dipengaruhi oleh kehadiran polaron. Kami menggunakan model Holstein, di mana menggunakan dua pita anatase TiO₂ yaitu pita konduksi dan pita valensi yang diselesaikan dalam kerangka Dynamical Mean Field Theory (DMFT) untuk menjelaskan interaksi antar elektron dan fonon. Kami menghitung densitas keadaan sistem dan nilai dari invers kuadrat dari densitas keadaan yang berkorespondensi pada potensial kimia, di mana nilai ini sebanding dengan nilai resistivitas, sebagai fungsi temperatur. Dengan menggunakan nilai densitas pembawa muatan seperti pada eksperimen, hasil perhitungan menunjukkan pada resistivitas turun seiring dengan pertambahan temperatur pada seluruh nilai densitas pembawa muatan. Hal ini menunjukkan bahwa model yang digunakan hanya baik dalam mendeskripsikan efek trapping namun kurang baik dalam menjelaskan efek hamburan.

---

We present a theoretical study on the effects of electron-phonon interactions on the transport properties of anatase TiO₂. Temperature-dependent resistivity measurement on anatase TiO₂ thin film has shown that carrier concentrations and temperatures affect the resistivity of this material. At low carrier concentrations, a metal to insulator transition could be observed, while at high carrier concentrations this material only shows metal-like resistivity. In this study we aim to investigate the behavior of temperature-dependent resistivity at various carrier concentrations as revealed in the experimental study. We hypothesize that electron-phonon interactions with intermediate coupling constant govern the transport properties of this material. We construct Holstein model Hamiltonian incorporating both conduction and valence bands of anatase TiO₂ within parabolic dispersion approximation. We solve the model within the Dynamical Mean Field Theory (DMFT). We calculate the density of states of the system and the corresponding inverse of the square of the density of states at the chemical potential, which is approximately proportional to the resistivity, as a function of temperature. Using carrier concentration values taken as in the experimental data, the calculations show that only the trends of decreasing resistivity with increasing temperature is found in all carrier concentrations value. The results show that our model is good in the describing the trapping effects due to the electron-phonon interaction but the model is doing poorly in capturing the scattering effects.

 

Abstrak :
Studi ini mempelajari pembentukan momen magnet dan keteraturan ferromagnetik pada sistem Ta:TiO2. Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan oleh Rusydi et al., kami membuat hipotesis bahwa adanya vakansi Ti pada satu unit sel sistem akan menyebabkan empat elektron dari atom oksigen yang berada di sekitarnya menjadi tidak berpasangan. Elektron yang tidak berpasangan tersebut akan membentuk momen magnet yang tidak bernilai nol. Selanjunya, momen magnet yang telah terbentuk akan beriteraksi dengan momen magnet lain dengan dimediasikan oleh elektron. Untuk membuktikan hipotesis tersebut, kami melakukan perhitungan dari elektron-elektron yang tidak berpasangan dengan terlebih dahulu mengkonstruksi Hamiltonian yang menjelaskan keempat elektron tersebut dan melakukan perhitungan konstanta kopling RKKY sebagai fungsi jarak dua momen magnet pada berbagai temperatur untuk mempelajari interaksi magnetik yang terjadi. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa pada keadaan dasar, keempat elektron cenderung memiliki spin yang searah dan kesearahan dari spin elektron-elektron tersebut tidak dipengaruhi oleh temperatur. Selain itu, perhitungan konstanta kopling RKKY menunjukkan bahwa kopling ferromagnetik terjadi hingga jarak 5 unit sel dan sedikit bertambah seiring dengan pertambahan temperatur. Hasil ini menunjukkan bahwa vakansi Ti pada Ta:TiO2 akan membentuk momen magnet dan ferromagnetik yang terjadi disebabkan oleh mekanisme RKKY.

---

Based on a previous experimental study that reported a RTFM induced by Ti vacancies in Ta-doped TiO2, here we present a theoretical study on the formation of magnetic moments and the ferromagnetic ordering in that system. We hypothesize that Ti-vacancy in one unit cell of the system has caused four electrons from the surrounding oxygen atoms to become unpaired with a non-zero net magnetic moment. Further, the magnetic moments interact with one another mediated by conduction electrons leading to a ferromagnetic order. To examine our hypothesis, first we calculate the by constructing a Hamiltonian for the four interacting electrons. We restrict our Hilbert space by expanding the eigenstates (all possible configurations of the four electrons among the four p orbitals of the oxygen atoms surrounding the Ti vacancy). Our results confirm that the ground state of the system prefers to be in almost perfect alignment, and this alignment is robust upto far above room temperature. Next, we calculate the RKKY coupling constant as a function of distance between two local magnetic moments at various temperatures. Our calculations show that the ferromagnetic coupling extends up to 5 unit cells and enhances slightly as temperature is increased. These results support our hypothesis that the Ti vacancies in anatase TiO2 form magnetic moments and the ferromagnetism of this system is driven by RKKY mechanism.