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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2506.21229 (cond-mat)
[提交于 2025年6月26日 ]

标题: 多铁性氧化铋材料的导数吸收光谱分析

标题: An analysis of derivative absorption spectroscopy of multiferroic bismuth ferrite materials

Authors:Ramachandran Balakrishnan
摘要: 基于其实验吸收数据,详细研究了块状BiFeO3、纳米结构BiFeO$_3$和BiFeO$_{2.85}$厚膜的概率密度函数(PDF)和累积密度函数(CDF)。 本研究的目的是调查磁电多铁性BiFeO$_3$三种样品中的电子跃迁和Urbach尾带。 PDF和CDF函数是从这些物质在光谱的紫外-可见-近红外区域的吸收数据中推导出来的。 对于基于BiFeO$_3$的材料,通过PDF和CDF分析在2.5 eV至5.5 eV的能量范围内识别出电荷转移(p-d和/或p-p)跃迁。 此外,自旋-轨道相互作用和电子-晶格相互作用以及低对称晶体场导致BiFeO$_3$样品中FeO$_6$八面体内的Fe$^{3+}$离子在1.5 eV至2.5 eV之间发生两个双重简并的d-d跃迁。 此外,基于BiFeO3的材料在带边附近表现出强直接跃迁和弱间接跃迁,这表明BiFeO$_3$具有复杂的能带结构。 最后,通过检查材料的CDF函数,直接计算了缺陷引起的Urbach尾带的能量,分别得到了体材料、纳米结构材料和薄膜BiFeO$_3$样品的估算值约为0.40 eV、0.31 eV和0.33 eV。
摘要: The probability density function (PDF) and cumulative density function (CDF) of bulk BiFeO3, nanostructured BiFeO$_3$, and thick film of BiFeO$_{2.85}$ were studied in detail based on their experimental absorption data. The goal of this study was to investigate the electronic transitions and the Urbach tail band in three samples of the magnetoelectric multiferroic BiFeO$_3$. The PDF and CDF functions were derived from the absorption data of these substances in the UV-visible-NIR region of light spectrum. For the BiFeO$_3$-based materials, charge transfer (p-d and/or p-p) transitions in the energy range of 2.5 eV to 5.5 eV were identified through PDF and CDF analysis. Furthermore, spin-orbit and electron-lattice interactions along with a low-symmetry crystal field cause two doubly degenerate d-d transitions of Fe$^{3+}$ ions in the FeO$_6$ octahedra of the BiFeO$_3$ samples to occur between 1.5 eV and 2.5 eV. Additionally, the BiFeO3-based materials exhibited strong direct and weak indirect transitions near the band edge, which point to a complex band structure of BiFeO$_3$. Finally, the energy of the defect-induced Urbach tail band was directly calculated by examining the CDF function of the materials, yielding estimated values of approximately 0.40 eV, 0.31 eV, and 0.33 eV for the bulk, nanostructured, and film BiFeO$_3$ samples, respectively.
评论: 20页。6幅图,1张表,提交至PRB(编号 BF15356)
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 强关联电子 (cond-mat.str-el)
引用方式: arXiv:2506.21229 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2506.21229v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.21229
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Ramachandran Balakrishnan [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 6 月 26 日 13:20:50 UTC (1,527 KB)
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