بهبود خواص الکترونی و پایداری در تیتانیت سرب آلاییده شده با gd حاصل از نظریه تابعی چگالی

این مطالعه به بررسی تغییرات ساختاری و الکترونی ناشی از جانشینی یون‌های gd3+ در موقعیت‌های سرب در فاز چهارگوشه‌ pbtio3 با در نظر گرفتن تهی‌جای سرب پرداخته است. با استفاده از محاسبات ابتدا به ساکن بر پایه نظریه تابعی چگالی (dft) و با بهره‌گیری از بسته محاسباتی wien2k و رویکردهای تقریب شیب تعمیم یافته (gga) وgga+u، این تغییرات تحلیل شده‌اند. نتایج ما نشان می‌دهند که تزریق ناخالصی gd منجر به افزایش اندکی در گاف انرژی الکترونی، کاهش تتراگونالیته و تغییرات جزئی در قطبش خودبه‌خودی می‌شود، در حالی که انرژی تشکیل منفی حفظ شده است. این امر پایداری ماده را بهبود بخشیده است و پتانسیل برای کاربردهای نوین فروالکتریکی و پیزوالکتریکی را نوید می‌دهد. حضور تهی‌جاهای سرب همراه با جانشینی gd در pbtio3 تاثیر قابل توجهی بر این خواص دارد، که ممکن است راه را برای کاربردهای جدید در دستگاه‌های الکترونیکی و نوری-الکترونیکی هموار سازد. از طریق تجزیه و تحلیل ساختار نواری و حالات الکترونی، مطالعه ما تایید می‌کند که تزریق ناحالصی gd3+ در موقعیت‌های سرب می تواند یک روش امیدوارکننده برای افزایش خواص کاربردی pbtio3 باشد، در حالی که احتمالاً ساخت و بهبود خواص فرومغناطیسی ماده را ساده‌تر می‌کند.

enhanced electronic properties and stability in gd-doped pbtio3 from density functional theory

this study explores the structural and electronic modifications induced by substituting gd3+ ions at the lead sites in the tetragonal phase of pbtio3, considering lead vacancies. employing first-principle calculations based on density functional theory (dft), we utilized the wien2k computational package along with the general gradient approximation (gga) and gga+u approaches to analyze these changes. our results demonstrate that gd-doping leads to a slight enlargement of the electronic bandgap, reduction in tetragonality, and minor changes in spontaneous polarization, while maintaining a negative formation energy. this suggests improved material stability and potential for novel ferroelectric and piezoelectric applications. the presence of lead vacancies in conjunction with gd-substitution in pbtio3 significantly influences these properties, potentially paving the way for new applications in electronic and optoelectronic devices. through detailed band structure and electronic state analysis, the study confirms that gd3+ doping at lead sites offers a promising route for enhancing the functional properties of pbtio3 while potentially simplifying the synthesis and enhancing the material s ferromagnetic capabilities.