니켈산화물에서 결점 사이의 상호 작용과 배열에 대한 이론적 연구

Abstract

전이금속은 오래 전부터 이론적, 실험적으로 연구가 되어왔다. 그 중 니켈산화물은 부분적으로 채워진 d-오비탈 전자들의 상호 작용과 관련하여 중요한 물리적 특성을 가지며 이 특성을 이용한 연구가 진행되고 있다. 따라서, 본 연구에서 니켈산화물 결정의 물리적 특성과 니켈산화물이 가질 수 있는 결점에 대해, 즉 니켈결점과 산소결점에 대한 전자기적 특성을 제일원리계산을 통해 분석하고자 한다. 니켈산화물은 모트-하버드 절연체이며 전하-이동 띠 차이를 갖는다. p-형 반도체로써 알려져 있는 니켈산화물은 니켈결점이 현저히 잘 생성된다. 이것은 본 연구 결과에서도 확인하였다. 본 연구를 통해 우리는 두 개의 니켈결점이 특별한 위치를 선호한다는 것을 확인하였다. 산소결점을 가진 니켈산화물 계산결과, 산소결점이 남긴 두 개의 전자는 결점자리에 국소화되어 있고 홀 도핑을 유도한다. 비록 중성인 산소결점들은 니켈산화물 안에 자유롭게 퍼져있지만 이온화된 산소결점은 줄지어 존재하고 있을 때 안정함을 알았다.;The transition metal oxide is widely used for application as well as fundamental studies. Among them, NiO has been of particular interest because of variety of physical properties associated with electron correlation effects. In this study, we analyze physical properties of perfect crystal NiO and vacancy defects by using first-principles density functional calculations. We find that NiO is Mott-Hubbard insulator and its band gap is charge transfer type. In NiO, which is known to be a p-type semiconductor, it has been well established that the cation (Ni) vacancy is a dominant point defect under usual growth condition. This is confirmed in our results. According to our calculation, we find VNi-VNi defect favor specific relative position. In the calculation on oxygen vacancy, two electrons are localized at the defect sites and lead to electron doping. Although neutral oxygen vacancies are likely to be distributed randomly in NiO, ionized oxygen vacancies are found to be stable when clustered.