Заборонена зона нових ортованадатів на основі лютецію

Ряд змішаних ортованадатів номінального Lu0.5R0.5VO4 (R = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb) синтезовано методом твердофазної реакції в тристадійний процес відпалу. Однофазні порошки з меншими Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb отримували після другої стадії прожарювання при 1200 C протягом 5 годин, тоді як для великих Ce, Pr, Nd, Sm потребували третього прожарювання. Уточнений аналіз кристалічної структури Рітвельдом підтверджує структуру типу циркону (просторова група I41/amd). Крім того, у змішаному ряді Lu0.5R0.5VO4 спостерігалася лінійна залежність отриманих параметрів ґратки від іонного радіуса заміщеного лантаноїду R. Параметри решітки, оптимізовані методами ab initio, дещо менші за параметри, отримані за допомогою уточнення Рітвельда, що можна пояснити неточностями в описі f-електронів за допомогою теорії функціоналу густини (DFT). Спектри пропускання та дифузного відбиття змішаних сполук Lu0.5R0.5VO4 подібні до спектрів, отриманих для відповідних ортованадатів RVO4. Обидва отримані спектри вказують на значні відмінності в інтенсивності пропускання/відбиття між зразками, відпаленими при 1200 і 1400 °C, але ширина забороненої зони залишається незмінною, що свідчить про покращення їх кристалічності. Як експериментальні, так і теоретичні результати показують ледь помітне зменшення забороненої зони, що спостерігається при зменшенні іонного радіуса лантаноїдів. Ретельний аналіз електронної структури матеріалів і спектрів дифузного відбиття свідчить про те, що положення f-рівнів лантаноїдів є визначальним фактором у формуванні валентних зон і зон провідності.