J 2024

Profiles of oxygen and titanium point defects in ferromagnetic TiO2 films

TRAN, Quynh Nhu Thi, Martin FRIÁK, Ivana MIHÁLIKOVÁ, Michal KIABA, Hoa Hong NGUYEN et. al.

Základní údaje

Originální název

Profiles of oxygen and titanium point defects in ferromagnetic TiO2 films

Autoři

TRAN, Quynh Nhu Thi (704 Vietnam, domácí), Martin FRIÁK (203 Česká republika, domácí), Ivana MIHÁLIKOVÁ (703 Slovensko, domácí), Michal KIABA (703 Slovensko, domácí) a Hoa Hong NGUYEN (250 Francie, garant, domácí)

Vydání

Journal of Physics D: Applied Physics, IOP Publishing Ltd, 2024, 0022-3727

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10302 Condensed matter physics

Stát vydavatele

Velká Británie a Severní Irsko

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 3.400 v roce 2022

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

UT WoS

001196338000001

Klíčová slova anglicky

vacancies; defects; ferromagnetic; DMSO; spintronics

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 16. 4. 2024 11:03, Mgr. Marie Šípková, DiS.

Anotace

V originále

Experimentally it is shown that without any oxygen manipulation for TiO2, a strong room temperature ferromagnetism could be expected only in ultra-thin films, with the ideal thickness below 100 nm. Both bulks and nano-powders of TiO2 are diamagnetic, indicating that the surface and its nano-sublayers play very important roles in tailoring the magnetic properties in this type of compound. To shed a new light on the defect-related magnetism in the typical case of anatase TiO2 surfaces, we have performed a series of quantum-mechanical calculations for TiO2 slabs containing Ti or O vacancies in different distances from the (001) surface. The lowest formation energies were obtained for the Ti vacancies in the first sub-surface layer and the O vacancies within the surface. The computed magnetic states reflect complicated structural relaxations of atoms influenced by both the surface and vacant atomic positions. O atoms cannot contribute much to magnetic moment when Ti vacancies are isolated and far from the surface. Ti vacancies in TiO2 are only metastable. The formation energy of Ti interstitials is lower than for Ti vacancies since high-temperature annealing, especially with a lot of O2 available that would fill up O-related defects, and as a result, eliminate most of Ti vacancies. Lower temperatures, less O2, and shorter exposure times may enable not only partial elimination of Ti vacancies but also can facilitate their diffusion into different states of aggregations. In the ferromagnetic films (i.e. thin films below 100 nm), it looks like that the O atoms are located closer to the Ti vacancies.

Návaznosti

EH22_008/0004572, projekt VaV
Název: Kvantové materiály pro aplikace v udržitelných technologiích
GA22-21547S, projekt VaV
Název: Původ feromagnetismu při pokojové teplotě v tenkých vrstvách nedopovaných polovodičových oxidů typu d0
Investor: Grantová agentura ČR, Původ feromagnetismu při pokojové teplotě v tenkých vrstvách nedopovaných polovodičových oxidů typu d0
90110, velká výzkumná infrastruktura
Název: CzechNanoLab
90140, velká výzkumná infrastruktura
Název: e-INFRA CZ