Effect of codoping of rare earth elements and Cr on multiferroic, optical and photocatalytic properties of BiFeO3

材料科学 多铁性 兴奋剂 掺杂剂 带隙 吸收边 磁矩 凝聚态物理 极化(电化学) 钙钛矿(结构) 核磁共振 铁电性 光电子学 结晶学 物理化学 化学 物理 电介质
作者
Tahir Ahmad,Kajal Jindal,Monika Tomar,Pradip K. Jha
出处
期刊:Materials today communications [Elsevier]
卷期号:37: 107516-107516 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.mtcomm.2023.107516
摘要

In the present work, first principle calculations have been performed to study the combined effect of A (Bi) and B (Fe) site doping on the structural, multiferroic, optical and photocatalytic properties of BiFeO3 (BFO). Rare earth elements (La, Ce, Gd, Nd, Er and Eu) are doped at the A-site while Cr is doped at the B-site in perovskite BFO. A variation in total magnetic moments and spontaneous polarization of the doped systems is observed that are governed by the introduction of the rare earth elements. A maximum polarization of 110μC/cm2 is obtained for (Gd,Cr) doped BFO and the maximum magnetization of 5.1μB/cell is obtained for (Nd,Cr) doped BFO. From the study of partial electronic density of states it has been observed that amongst all the dopants incorporated as rare earth elements, the (Er,Cr)BFO system exhibits the minimum bandgap of 1.94 eV and thus shifts the absorption edge deep into the visible region which has been confirmed through the optical spectra. The band-edge alignment of the pure and codoped systems has revealed that (Er,Cr)BFO exhibits the maximum potential to be a promising photocatalyst with improved efficiency as compared to pristine BFO.
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