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【24h】

Modification of TiO_2(001) surface electronic structure by Au impurity investigated with density functional theory

机译：用密度泛函理论研究金杂质对TiO_2（001）表面电子结构的改性

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We have used density functional theory calculations based on the projector augmented wave method to investigate the electronic structure of Au-incorporated anatase TiO_2(001) surface. Due to the coordination with several level oxygens, Au atoms can be encapsulated inside TiO_2 slab. Au is adsorbed over the surface Ti-O bond, so-called the bridge site on anatase TiO_2(001)-1 × 1 surface. However, for 0.25 monolayer coverage, Au atoms energetically prefer to stay at 0.64 A above the midpoint of the two surface oxygens which is significantly closer to the surface layer. When implanted inside the slab for full coverage, Au forms parallel metallic wires inside TiO_2 lattice where interlayer distances increase due to local segregation. Au brings half-filled impurity states into the band gap leading to metallization, in addition to other filled surface and impurity bands within the gap. These Au-driven Fermi-level-pinning gap states are close to, or even in some cases inside, the conduction band of the host slab. On the other hand, if Au is substituted for the surface Ti atom, Fermi level falls lower in the gap closer to the valence-band top.
机译：我们已经使用基于投影仪增强波方法的密度泛函理论计算来研究掺金的锐钛矿型TiO_2（001）表面的电子结构。由于与几种氧原子的配位，金原子可以被包封在TiO_2平板中。 Au吸附在表面Ti-O键上，即锐钛矿TiO_2（001）-1×1表面上的所谓桥接位点。但是，对于0.25单层覆盖率，Au原子在能量上更喜欢停留在两个表面氧的中点上方0.64 A处，这两个表面氧的中点明显更接近表面层。当注入到平板内部以完全覆盖时，Au在TiO_2晶格内形成平行的金属丝，其中由于局部偏析，层间距离增加。除了带隙中的其他填充表面和杂质带之外，Au将半填充的杂质态带入带隙中，导致金属化。这些金驱动的费米能级钉扎间隙状态接近或甚至在主体板的导带内。另一方面，如果用Au代替表面Ti原子，则费米能级在更靠近价带顶部的间隙中降低。

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