First-principles electronic structure calculations for the whole spinel oxide solid solution range MnxCo3−xO4(0 ≤ x ≤ 3) and their comparison with experimental data
| Autor: | Thi Ly Le, Rémi Arras, Sophie Guillemet-Fritsch, Pascal Dufour, Christophe Tenailleau |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE) |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2016 |
| Předmět: |
Condensed matter physics
Chemistry Band gap Matériaux General Physics and Astronomy 02 engineering and technology Electronic structure 010402 general chemistry 021001 nanoscience & nanotechnology 7. Clean energy 01 natural sciences 0104 chemical sciences [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials Crystallography Ferrimagnetism Antiferromagnetism Condensed Matter::Strongly Correlated Electrons Density functional theory Direct and indirect band gaps Physical and Theoretical Chemistry 0210 nano-technology Electronic band structure Solid solution |
| Zdroj: | Physical Chemistry Chemical Physics Physical Chemistry Chemical Physics, Royal Society of Chemistry, 2016, 18 (37), pp.26166-26176. ⟨10.1039/c6cp05554k⟩ Physical Chemistry Chemical Physics, 2016, 18 (37), pp.26166-26176. ⟨10.1039/c6cp05554k⟩ |
| ISSN: | 1463-9076 1463-9084 |
| DOI: | 10.1039/c6cp05554k⟩ |
| Popis: | cited By 1; International audience; Transition metal spinel oxides have recently been suggested for the creation of efficient photovoltaic cells or photocatalysts. These compounds can be easily tuned by doping to adapt their electronic or magnetic properties. However, their cation distribution is very complex and band structures are still a subject of controversy. We propose a complete density functional theory investigation of MnxCo3-xO4 compounds, using different approximations in order to explain the variation of these properties as a function of composition (for 0 r x r 3) and determine the electronic structure over the whole solid solution range. A detailed study of their atomic structure, magnetic properties and electronic structure is given and compared with experimental data. The unit cell volume calculated for each composition is in agreement with the volume obtained experimentally in ceramics, while a cubic-to-tetragonal structural transition is predicted at x = 2.0. An antiferromagnetic to ferrimagnetic behavior is observed at the lowest ordering temperature depending on the composition. The band gap, deduced from our band structure calculations, strongly decreases upon doping of the end members Co3O4 and Mn3O4, but is partly restored by the tetragonal distortion. A direct band gap, close to 0.5–0.8 eV, is calculated for 0.25 r x r 2.25, justified by inter-metal transitions from Mn ions on octahedral sites. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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