Structural Polymorphism Kinetics Promoted by Charged Oxygen Vacancies in HfO$_2$
缺陷，如氧空位被广泛认为是关键的HfO2基器件的性能，但原子机制的各种外来效应，如唤醒和流体印记仍然难以捉摸。在这里，晶格模式匹配准则的指导下，我们系统地研究了中性和带正电的氧空位的影响下，通过映射出的最小能量路径，使用第一性原理为基础的可变细胞轻推弹性带技术的不同多晶型的氧化物之间的相变。我们发现，带正电荷的氧空位可以大大促进各种非极性相的极性相动力学的过渡，使一个短暂的高能量的tetraxite相和极端的电荷载流子惰性的铁电性的极性$Pca2_1$相。结构多态性动力学和氧空位的电荷状态之间的复杂耦合具有重要的意义，铁电性的起源在HfO $_2$为基础的薄膜，以及唤醒，流体印记，和惯性开关。
2023-02-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A DFT+$U$+$V$ study of pristine and oxygen-deficient HfO$_2$ with self-consistent Hubbard parameters
Zhejiang University（浙江大学）；Westlake University（西湖大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院）
本研究通过DFT+$U$+$V$方法探讨HfO₂的电子结构，揭示自洽Hubbard参数对预测热力学稳定性、带隙和氧空位形成能的重要性。
2025-02-17 cond-mat.mtrl-sci
The impact of charge compensated and uncompensated strontium defects on the stabilization of the ferroelectric phase in HfO$_2$
具有特定掺杂浓度的不同掺杂剂可用于制备铁电HfO $_2$薄膜。在这项工作中，它是探索为例，锶在一个全面的第一性原理研究。密度泛函计算揭示了HfO $_2$中Sr相关缺陷的结构、形成能和总能量。我们发现，电荷补偿缺陷，包括相关的氧空位Sr $_\text{Hf}$ V $_\text{O}$强烈有利于非铁电性，四元P4 $_\text{2}$ /mnc相积极。相比之下，无氧空位的未补偿缺陷Sr $_\text{Hf}$有利于铁电正交晶系Pca 2 $_\text{1}$相。根据形成能，未补偿缺陷在生产过程中的富氧条件下容易形成。在寿命期间存在的低氧分压促进氧的损失，导致V $_\text{O}$，并因此导致铁电正交Pca 2 $_\text{1}$相的不稳定，并伴随着漏电流的增加。本研究试图从根本上解释的铁电体，正交晶系Pca 2 $_\text{1}$相掺杂的稳定。
2017-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dissociation of H2 molecule on the β-Ga2O3 (100)B surface: The critical role of oxygen vacancy
本文系统地研究了H_2分子在β-Ga_2O_3（100）B表面上的解离，并考虑了表面氧空位的影响。在引入表面氧空位后，最近的最顶端O（I）原子变得非常活跃，并且氢分子变得更容易解离。
2011-08-17 cond-mat.mtrl-sci
The effect of Ta oxygen scavenger layer on HfO$_2$-based resistive switching behavior: thermodynamic stability, electronic structure, and low-bias transport
金属-氧化物-金属异质结构在高阻态和低阻态之间的可逆电阻切换使得它们在随机存取存储器中的应用非常有趣。虽然最近的实验工作已经表明，插入金属“氧清除剂层”之间的正极和氧化物改善器件的性能，清除剂层如何修改异质结构的性质的基本理解是缺乏的。我们用密度泛函理论计算了TiN/HfO $_2$ /TiN异质结构的热力学性质和电导。首先，我们表明，Ta插入降低低电阻态的形成能。其次，虽然Ta清除层通过改变氧化物-电极界面处的界面电荷来降低高电阻状态下的肖特基势垒高度，但异质结构保持高电阻状态与低电阻状态之间的高电阻比。最后，我们表明，在存在Ta层的情况下，器件导通状态的低偏置电导对从Hf O $_2$中去除的氧的空间分布变得不那么敏感。通过提供对所观察到的清除剂层改进的基本理解，我们开辟了一条利用氧清除剂层设计界面以控制和增强器件性能的途径。进而，这可以使得能够实现非易失性低功率存储器技术，同时减少消费电子产品的能量消耗并对社会产生显著的益处。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the average charge of the oxygen vacancy in perovskites necessary for kinetic calculations
本文给出了计算介电钙钛矿型晶体中氧空位动力学所需的动态电荷值的解析结果。通过Berry相分析表明，该电荷等于空位的名义电荷：例如，对于双电荷态，它是2;中性空位具有零电荷。
2002-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Depth Profiling of Oxygen Migration in Ta/HfO2 Stacks During Ionic Liquid Gating
Institute of Physics, Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）；Faculty of Physics, Bielefeld University（比勒费尔德大学物理学院）；Faculty of Physics, Osnabrück University（奥斯纳布吕克大学物理学院）
研究通过IL栅极技术分析Ta/HfO2堆叠中氧迁移深度，揭示了氧掺杂与电场、氧化物厚度的关系，为磁离子和纳米离子器件设计提供理论依据。
2025-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principle thermodynamic study of oxygen vacancy at metal/oxide interface
氧空位是金属-氧化物半导体异质结构中的关键本征缺陷，并且其在界面处的形成在决定器件性能和退化方面具有重要意义。本文介绍了金属/氧化物界面氧空位的从头算热力学研究。电子能量和熵计算缺陷界面系统，作为界面空位距离的函数。研究表明，界面附近的氧空位改变了其成键结构，并显著改变了系统的热力学性质（即，电子能量和熵）与块状氧空位相比。我们说明，不同的因素，包括空位的位置依赖于能量和熵，温度依赖于熵，温度和分压依赖于氧化学势，都是重要的，在确定吉布斯自由能的氧空位的形成。
2016-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Possible Electrochemical Origin of Ferroelectricity in HfO2 Thin Films
最近在HfO_2薄膜和相关材料中观察到的异常铁电性引起了人们的广泛兴趣，并导致出现了许多与所观察到的行为相竞争的模型。在这里，我们开发的电化学机制观察到的铁电性的行为，即集体现象的弹性和电偶极子起源于氧空位形成在附近的膜表面，以及从晶界和其他类型的不均匀性内的膜。铁电相的产生是由于“电化学”耦合，即无所不在的电致伸缩和“化学”压力的共同作用，这导致依赖于极化P的有序-无序型热力学泛函中二次项α *P^2中的正系数α的符号改变。负系数α成为向长-范围有序的铁电相，其自发极化P在垂直于膜表面的方向上。利用上述观点，我们估计在厚度小于（20 - 30）nm的HfO_2薄膜中，氧空位可以诱导出高达（0.05 - 0.2）C/m^2的可逆铁电极化。半定量协议与现有的实验数据证明。
2018-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy-induced charge carrier in n-type interface of LaAlO3 overlayer on SrTiO3 (001): interface vs bulk doping carrier
采用密度泛函理论研究了SrTiO_3（STO）（001）表面LaAl_3（LAO）覆盖层n型界面中氧空位的作用。通过比较不同位置的单空位构型的总能量，发现氧空位优先出现在LAO表面。这些表面氧空位在界面处产生二维载流子分布，导致STO侧界面处的能带弯曲。界面处的感应载流子电荷部分或完全补偿了LAO中的极性电场，这取决于LAO表面氧空位的浓度。此外，还介绍了STO中氧空位的电子性质。STO中的每个氧空位产生两个电子载流子，但这两个载流子电荷对LAO中的屏蔽极场没有影响。在界面处的能带结构依赖于氧空位的浓度，并与实验结果进行了比较。
2009-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen Vacancy Defects on Electronic and Optical Properties of $MgO$ Monolayers: First Principles Study
用密度泛函理论的混合水平研究了MgO（111）单分子膜中氧空位缺陷引起的光电性质。HSE计算表明，由于引入氧空位，MgO单层的电子带隙显着减少。原始单分子膜具有宽带隙（4.84 eV，间接）半导体行为，当氧空位缺陷浓度分别增加6.25%和12.5%时，带隙分别变为2.97 eV（间接）和2.28 eV（直接）。因此，氧空位的存在导致能量红移的观察到的光学现象与原始单层。最重要的是，具有两个连续空位的双空位系统显示出最强的光学吸收，并且在电磁波谱中从可见光到紫外区域的光谱范围内也变得光学响应。因此，在MgO单层中产生氧钒可能是获得合适的太阳能材料的富有成效的技术。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Origin of traps and charge transport mechanism in hafnia
在这项研究中，我们从实验和理论上证明了氧空位是负责在HfO $_2$的电荷输运。基于声子辅助隧穿模型，假设电子陷阱为氧空位，得到了与实验值吻合较好的电流-电压特性曲线.根据电荷输运实验确定HfO $_2$的热陷阱能为1.25 eV。
2014-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Field-Driven Hybrid Filament Formation Governs Switching in Ta-HfO$_2$-Pt Memristors
University of Illinois, Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
通过分子动力学模拟，研究了Ta/HfO$_2$/Pt器件中氧空位和Ta阳离子共同形成混合细丝的原子机制，揭示了初始氧空位浓度和空间分布对细丝形态的影响，并验证了模型与实验的一致性。
2026-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect engineering for control of wake-up effect in HfO2-based ferroelectrics
唤醒效应一直是阻碍氧化硅基铁电薄膜商业化的一个障碍。在这项工作中，我们调查的缺陷，控制臭氧剂量，对原子层沉积的Hf0.5Zr0.5O2（HZO）薄膜的场循环行为的影响。在通过增加臭氧剂量减少碳污染和氧缺陷后，实现了几乎无唤醒的器件。在30秒的臭氧脉冲持续时间下生长的样品在原始状态下显示出约98%的唤醒Pr，而在5秒的臭氧脉冲时间以下生长的样品显示出收缩的滞后回线，经历了大的唤醒效应。X射线光电子能谱学（XPS）分析结果表明，在氧含量不足的情况下，薄膜中的氧空位和碳浓度增加是导致薄膜中氧空位和碳浓度增加的主要原因。X射线衍射（XRD）扫描表明，臭氧脉冲时间的增加导致四方相的减少，因此介电常数降低。I-V测试结果表明，随着臭氧用量的减少，电流密度增加，这可能是由于沉积膜中氧空位的产生。最后，我们研究了唤醒效应的动力学，它似乎是很好地解释了基于结构相变的Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogoroff模型。
2020-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Confined Oxygen-Vacancy Migration Drives Ferroelectric Switching
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；the Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过第一性原理计算发现，Bi2SeO5中的氧空位在SeO3单元内受限迁移，产生可开关的极化，解释了其反常铁电性。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Investigation of Oxygen-Vacancy Diffusion in SrTiO$_3$ using Neural Network Potentials
Graduate School of System Informatics, Kobe University（神户大学系统信息研究生院）
本研究开发适用于SrTiO$_3$的神经网络势，通过大规模分子动力学模拟研究氧空位扩散，所得扩散系数与实验数据吻合度高，迁移焓接近实验值，为钙钛矿氧化物缺陷研究提供高效框架。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Strain effects on oxygen vacancy formation energy in perovskites
氧空位形成能是用于在诸如固体氧化物燃料电池的技术中实现快速氧扩散和氧催化的重要量。以前的文献在各种系统和我们的计算在LaMnO 3，La0.75Sr0.25MnO 3，LaFeO 3，和La0.75Sr0.25FeO 3，显示混合结果的方向和幅度的变化，空位形成能与应变。本文提出了一个模型，使空位形成能与应变的不同趋势形状的意义。我们使用一组一致的从头计算模型的应变效应，并表明，我们的计算结果可以简单地解释在空位形成体积和弹性常数之间的变化散装和缺陷状态。正的空位形成体积有助于在拉伸应变下降低空位形成能，并且弹性常数的增加有助于在压缩应变和拉伸应变下增加空位形成能，反之亦然。的空位形成体积占主导地位的空位形成能量应变响应的线性部分，而其曲率由空位引起的弹性常数的变化。我们显示结果敏感的B-站点阳离子，A-站点掺杂，倾斜系统，和空位的位置，其贡献可以在热平均条件下平均。在一般情况下，空位形成能这里计算的大多数系统随着拉伸应变，与约30-100 meV/%的应变减少与双轴应变的那些系统，显示出空位形成能的减少。计算外的模型需要实验验证。
2017-11-28 cond-mat.mtrl-sci
First-principles analysis of the effect of magnetic states on the oxygen vacancy formation energy in doped La$_{0.5}$Sr$_{0.5}$CoO$_3$ perovskite
Center for Microtechnologies, Chemnitz University of Technology（Chemnitz工业大学微技术研究中心）；Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems（弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所）
本研究通过第一性原理计算探究3d过渡金属掺杂及铁磁、顺磁两种磁态对La₀.₅Sr₀.₅CoO₃钙钛矿氧空位形成能的影响，发现磁态因双交换作用呈掺杂剂特异性影响，仅考虑铁磁基态会得出误导性结论，凸显磁效应的重要性。
2025-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Realization of the Switching Mechanism in Resistance Random Access Memory (RRAMTM) Devices: Structural and Electronic Properties Affecting Electron Conductivity in Halfnium Oxide-Electrode System through First Principles Calculations
电阻式随机存取存储器（RRAMTM）器件具有电感应纳米级电阻开关能力，作为未来的非易失性存储器器件已经获得相当大的关注。在这里，我们提出了一种机制，开关的基础上的氧空位迁移驱动的电子性质的变化的过渡金属氧化物（TMO）膜刺激设置脉冲电压。我们使用基于密度泛函理论（DFT）的计算来解释氧空位及其迁移对HfO 2和Ta/HfO 2系统的电子性质的影响，从而创建RRAMTM开关机制的整个故事。计算得到的氧空位迁移的激活能垒与实验得到的置位和复位脉冲电压的结果一致。了解这种机制将有助于有效地实现这些器件中的材料设计。
2011-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Site-Selective Oxygen Vacancy Formation Derived from the Characteristic Crystal Structures of in Sn-Nb complex Oxides
二价锡氧化物作为一种新型的p型氧化物半导体材料，已经引起了人们的广泛关注，它对于实现未来的氧化物电子器件至关重要。最近，开发了p型Sn 2Nb 2 O 7和SnNb 2 O 6;然而，实际应用需要通过降低缺陷浓度来增强空穴迁移率。在这项工作中，我们研究了可能降低空穴产生效率和空穴迁移率的氧空位的形成与Sn-Nb复合氧化物的晶体结构之间的关系。扩展的X-射线吸收精细结构光谱和Rietveld分析的X-射线衍射显示，在O位键合的锡离子在两个锡的氧化物中的氧空位的优先形成。此外，在p型Sn 2Nb 2 O 7中发现Sn离子周围的大量氧空位，从而表明氧空位对低空穴产生效率的影响。氧空位的形成对晶体结构的依赖性可以从基于键价和和德拜温度评估的Sn-O键强度来阐明。两种Sn-Nb复合氧化物的键强度差异与Sn 2+的空间位阻和电子密度的不对称性有关。这表明材料设计的重要性，重点是Sn离子周围的局部结构，以防止在p型Sn 2+氧化物中形成氧空位。
2020-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of MoS2/HfO2 Interface: Impact of Interfacial Impurities during Atomic Layer Deposition Growth
采用密度泛函理论（DFT）的从头计算方法，研究了MoS 2/HfO 2界面的原子结构和电子性质.研究了界面氧浓度对MoS 2/HfO 2界面电子结构的影响，以模拟在环境条件下的原子层沉积生长。然后，带偏移和这些接口的热力学稳定性的影响进行了研究，并与现有的相关实验数据进行了比较。这些结果似乎表明，对于良好制备的界面，由于没有界面缺陷态，电子器件性能应该优于其他界面，如III-V/高k。然而，任何未钝化的缺陷，如果存在于氧化物生长过程中，强烈影响随后的界面的电子性质。
2014-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Assignment of multiband luminescence due to the gallium vacancy-oxygen defect complex in GaN
氧是GAN中最常见的无意杂质。我们研究了GAN中的替代氧（ON）和镓空位（VGa）之间的相互作用，以形成点缺陷复合物。通过与氧络合，在n型GAN中镓空位的形成能量大大降低，而热力学和光学跃迁能级保持在带隙内。我们使用混合量子力学分子力学（QM/MM）嵌入晶体的方法来研究这种复杂的光谱。我们揭示了如何一个单一的缺陷中心可以负责多波段发光，包括无处不在的黄色发光信号中观察到的n型GAN，由于扩散（扩展）和紧凑（本地化）的孔共存。
2018-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Identification and Structural Decomposition of Hidden Defect Configurations: A Case Study of Charged Oxygen Divacancies in HfO$_2$
Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (DGIST)（大邱庆北科学技术院）；Jeonbuk National University（全北国立大学）；Westlake University（西湖大学）
本研究通过密度泛函理论与结构分解，识别HfO2中隐藏的氧双空位构型，揭示其降低能量并改变相变路径，使PO分支势垒低于M。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Hafnium carbide formation in oxygen deficient hafnium oxide thin films
在被碳氧化物吸附物污染的高度缺氧的氧化铪（Al 2 O3，HfO $_{2-x}$）薄膜上，在低至600 °C的温度下真空退火期间在表面形成碳化铪（HfC $_x$）。使用X-射线光电子能谱学的演变的HfC $_x$表面层相关的从绝缘到金属状态的转变进行监测原位。相比之下，对于在相同条件下制备和测量的完全化学计量的HfO $_2$薄膜，没有检测到HfC $_x$的形成，这表明碳氧化物在缺氧膜上的增强的吸附为碳化物的形成提供了碳源。这表明，在碳污染的氧化铪中高浓度的氧空位显著降低了碳化铪的形成能。因此，在电阻式随机存取存储器装置中存在足够量的残余碳可能由于焦耳加热而导致在导电细丝内形成类似的碳化物。
2016-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Electrical and Hydrogen Reduction Enhances Kinetics in Doped Zirconia and Ceria: II. Mapping Electrode Polarization and Vacancy Condensation in YSZ
知道晶界迁移率和氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）的氧势之间的相关性，我们已经利用晶粒尺寸作为微观结构标记映射局部氧势。在大电流密度和较厚的样品中建立了氧势突变。阴极降低的氧电位可以容易地由不良的电极动力学或在贫氧环境中触发。在高度还原氧势存在下的广泛空化表明氧空位冷凝，而不是如通常对于固体氧化物燃料/电解电池所假设的氧气泡形成。这些结果也表明电极动力学对陶瓷在大电流下烧结的显微结构和性能有直接的影响。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Oxygen Vacancy and Extrinsic Aluminium Dopant Interplay: A Route to the Restoration of Defective TiO$_2$
采用密度泛函理论（DFT）和原位库仑相互作用修正的DFT+U方法，对Al掺杂的TiO体相$_2$和TiO（101）表面进行了计算.特别注意的是整个掺杂TiO $_2$晶格中的氧空位的迁移率，作为一种手段，通过它可以发生三价掺杂剂的电荷补偿。Al掺杂的TiO $_2$电极在染料敏化太阳能电池的效果被解释为这种迁移率和电荷补偿的结果。发现一个Al 3+取代一个Ti 4+的替代缺陷引入价带空穴，而发现本征氧空位在带隙中引入态。将这些替代缺陷中的两个与氧空位耦合导致放热缺陷形成，其保持电荷中性。已经进行了微推弹性带计算来研究氧空位扩散在（101）表面中形成的这些聚集缺陷，所得到的势能面表明具有小扩散势垒的能量增益。通过在缺陷表面上吸附四氢喹啉C2-1发色团，研究了在TiO $_2$电极中铝掺杂对染料敏化太阳能电池效率的影响。吸附在群集的外在Al 3+和内在的氧空位缺陷被发现的行为，如果吸附在一个干净的表面上，与空位状态不存在，而吸附在氧空位上的结果在一个下移的染料本地化的状态内的带隙和缺陷状态下存在的导带边缘。因此，铝掺杂充当用于通过氧空位扩散“清洁”TiO $_2$的良性掺杂剂。
2014-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy-Induced Monoclinic Dead Layers in Ferroelectric $Hf_xZr_{1-x}O_2$ With Metal Electrodes
本研究通过第一性原理分析铁电HZO材料中的单斜相死层，揭示氧空位分布、极化方向等的影响，发现50%Zr掺杂及贵金属电极可降低m相死层形成概率。
2024-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles embedded-cluster calculations of the neutral and charged oxygen vacancy at the rutile TiO$_2$(110) surface
利用全势屏蔽杂化密度泛函理论（DFT）计算了金红石型TiO $_2$（110）表面氧空位的中性态和带电态的热力学稳定性.采用固体（QM/MM）嵌入团簇计算来解释TiO $_2$对带电缺陷态的强极化响应。与体O空位的情况类似，发现+2电荷态$V_{\rm O}^{2+}$在能量上是迄今为止最稳定的。只有当费米能级位置非常接近导带时，小的极化子才可能被带电荷的空位俘获。$V_{\rm O}^{2+}$形成能随费米能级位置的降低而大幅降低，表明$p$掺杂样品的表面O空位浓度强烈增强。
2015-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Informatics-based learning of oxygen vacancy ordering principles in oxygen-deficient perovskites
本研究针对缺氧钙钛矿中氧空位有序化规律问题，提出基于(111)赝立方层均匀平面空位模式的生成算法，结合第一性原理计算明确稳定性影响因素，为定向设计新型化合物的空位结构提供了依据。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy and EC - 1 eV electron trap in ZnO
在80 ~ 550 K温度范围内对五种不同生长工艺的n型ZnO样品进行了傅里叶变换深能级瞬态谱研究。从Arrhenius图导出了四个电子陷阱的俘获截面和电离能。在五个样品中系统地观察到导带边缘以下1 eV的陷阱，具有大的电子表观捕获截面（1.6 $\pm$ 0.4 x 10 - 13 cm 2），表明施主特征。分配这个深层次的氧空位的基础上，现有的理论预测进行了讨论。
2014-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Giant photoinduced lattice distortion in oxygen-vacancy ordered SrCoO2.5 thin films
尽管在确定富氧空位过渡金属氧化物的性能优化方面，人们对氧空位迁移进行了大量的研究，但很少有人关注其非平衡态的动力学行为。在这项工作中，我们进行了多时间尺度的超快X射线衍射测量，通过使用皮秒同步辐射X射线脉冲和飞秒台式X射线脉冲监测的氧空位有序SrCoO 2. 5薄膜的结构动力学。实验中观察到一个巨大的光致应变（Δc/c > 1%），其与泵浦光子能量的显著相关性表明光致应变的非热起源。亚皮秒分辨率的X射线衍射揭示了薄膜内部相干声学声子的形成和传播。我们还模拟了光激发的电子-空穴对的效果和由此产生的晶格变化，使用密度泛函理论的方法，以获得进一步的洞察所测量的光致伸缩效应的微观机制。可比的光致伸缩响应和强烈的依赖于激发波长的预测，揭示了键反键电荷转移或高自旋中间自旋交叉诱导的晶格膨胀中的氧空位膜。
2018-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy engineering in pulsed laser deposited BaSnO$_3$ thin films on SrTiO$_3$
该研究通过调节PLD生长BaSnO$_3$薄膜的背景氧压引入并追踪氧空位，揭示其对晶格、异质结构薄层电阻及界面金属导电的调控作用。
2025-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Annealing on Flexoelectricity in Hafnium Oxide (HfO2)
本文测量不同气氛退火后HfO2的挠曲电系数，发现非晶相最高，氧空位会降低系数，为通过退火调控挠曲电性能提供依据。
2024-10-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain controlled oxygen vacancy formation and ordering in CaMnO$_3$
我们使用第一性原理计算来研究双轴应变\textit{Pnma}钙钛矿CaMnO $_3$对氧空位形成的稳定性。我们的动机是提供了有前途的迹象表明，新的材料性能可以工程的应变通过相干异质外延在薄膜。虽然通常假设这种外延应变主要是通过本征晶格常数的变化来调节的，但点缺陷的形成也是一种可能的应变弛豫机制。这在大应变量（$>$ 4%）下尤其如此，第一性原理计算经常建议需要该应变量来诱导新的功能性。我们发现一个很强的依赖性的氧空位缺陷的形成能量的应变，与拉伸应变降低形成能量与增加的摩尔体积，增加氧不足。此外，我们发现，应变区分不同的晶格位置的形成能，这表明它的使用作为一种途径，工程空位在外延薄膜有序。
2013-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Tuning oxygen vacancy diffusion through strain in SrTiO$_3$ thin films
了解在不同的外部刺激下的氧化物中的氧空位的扩散是至关重要的离子基电子器件的设计，提高催化性能等。在这篇手稿中，使用由AFM针尖产生的外部电场，我们得到了室温下的氧空位在薄膜中的扩散系数的SrTiO $_3$在压缩/拉伸外延应变。拉伸应变产生的扩散系数的大幅增加，促进通过膜的空位的流动性。此外，针尖偏压，脉冲时间，和温度上的局部浓度的空位的影响进行了研究。这些是在基于离子的忆阻器件中的非易失性状态的产生和稳定中的重要控制参数。我们的研究结果表明，在薄膜氧化物中的氧空位迁移的控制所发挥的关键作用的应变。
2018-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy Induced Ferromagnetism in V$_2$O$_{5-x}$
采用密度泛函理论（DFT）的广义梯度近似（GGR）方法研究了氧空位对未掺杂的\it-O-$_{5-x}$（$0 < x < 0.5$）电子结构和磁性的影响.发现氧空位的引入将在$_2$ O $_{5-x}$中诱导出铁磁性，其磁化强度与O空位浓度$x$成正比.电子结构计算表明，氧空位的引入释放出的价电子主要占据邻近的V $d_{xy}$主导带，由于原子内交换作用，V主导带变为自旋极化，从而产生半金属铁磁性.
2008-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Compositional and Oxygen-Vacancy Effects on Phase Stability and Electronic Properties in Ceria-Based Lanthanide High-Entropy Oxides
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）
本研究通过DFT计算揭示了稀土高熵氧化物中组分和氧空位对相稳定性和电子性质的影响，为设计耐空位氧化物电解质提供了理论依据。
2025-12-28 cond-mat.mtrl-sci
The nature of iron-oxygen vacancy defect centers in PbTiO3
铁电PbTiO 3中的铁（III）中心与氧空位一起形成沿晶体学c轴取向的带电缺陷缔合物。通过比较基于精细结构数据的半经验Newman叠加模型分析和密度泛函理论计算的结果，对其微观结构进行了详细的分析。这两种方法都证明了Fe 3+取代Ti 4+作为受主中心。铁离子在铁电相中的位置与顺电相中的B位相似。部分电荷补偿由直接配位的氧空位局部提供。使用高分辨率的同步加速器粉末衍射，它被证实，钛酸铅仍然是tetraphenic低至12 K，表现出的c/a比为1.0721。
2005-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent recombination involving oxygen-vacancy complexes in silicon
用连续波和脉冲电探测磁共振研究了$γ$辐照的$n$型直拉硅中自旋相关的弛豫和复合过程。两个过程涉及的SL 1中心，中性激发三重态的氧空位复合物，可以被分开的不同的动力学。其中一个过程是激发态SL 1弛豫到氧空位复合物的基态，另一个过程是$^{31}$ P施主和SL 1中心之间形成紧密对的电荷转移，如电检测的电子双共振所示。对于这两个过程中，复合动力学研究与脉冲EDMR技术。我们证明了真正的零场CW和脉冲EDMR自旋1系统的可行性，并使用此来测量SL 1的不同自旋状态的寿命也在消失的外部磁场。
2014-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy-induced structural evolution of SrFeO$_{3-x}$ epitaxial thin film from brownmillerite to perovskite
采用脉冲激光外延技术在SrTiO $_3$（001）衬底上制备了SrFeO $_{3-x}$薄膜。氧空位水平（$x$）通过在不同氧分压下的后退火工艺来控制。我们在$x =$ 0.5下获得了棕钙钛矿（BM）结构，并观察到随着氧浓度的增加，晶体结构从BM演变为钙钛矿（PV）。我们观察到的红外活性声子相对于氧浓度的演变，这是密切相关的通过X射线衍射观察到的结构演变。我们确定了声子使用壳模型计算。此外，我们研究了三个代表性样品的声子模式的温度依赖行为：PV，和两个BM（BM $_{\mathrm{oop}}$和BM $_{\mathrm{ip}}$）与不同取向的氧空位通道。在BM $_{\mathrm{oop}}$样品中，我们观察到一个声子模式，随着温度的降低，它表现出不寻常的红移;这种行为可能是由于FeO $_6$八面体中的顶端氧不稳定性。我们的研究结果提供了重要的信息，在SrFeO $_{3-x}$材料系统的离子导电机制。
2018-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Oxygen Vacancy Ionization Enhances Water Oxidation on BiVO$_4$
本研究利用杂化密度泛函理论发现钒酸铋表面中性氧空位会自发电离，电离态氧空位可降低析氧反应热力学过电位，反应涉及过氧化物与超氧化物中间体，为理解半导体光电化学性能增强机制提供新见解。
2023-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Role of Concentration Surplus of Cation Vacancy over Anion Vacancy in Bipolar Memristive NiO
氧空位的迁移在双极忆阻效应中起着重要的作用，因为氧空位可以直接决定许多系统的局部电导率。然而，最近的理论工作表明，氧空位的迁移和阳离子和阴离子空位的共存对于双极忆阻开关的发生至关重要，通常在小尺寸NiO中观察到。到目前为止，解决这一问题的实验工作仍然缺乏。利用导电原子力显微镜和扫描透射电子显微镜结合电子能量损失谱研究了NiO薄膜的双极忆阻开关特性，揭示了Ni空位相对于O空位的浓度过剩决定了NiO薄膜的双极忆阻开关特性。我们的工作支持基于双缺陷的模型，这是理解忆阻器的机制超越了完善的氧空位为基础的模型具有根本的重要性。此外，这项工作提供了一种方法来研究双缺陷对忆阻行为的影响。
2017-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between strain and oxygen vacancies in lanthanum aluminate
我们评估的钙钛矿结构的氧化物铝酸镧，LaAlO $_3$的外延应变和氧空位形成之间的相互作用。使用密度泛函理论内的GGA $+U$近似，我们计算的双轴应变条件下的氧空位形成能的依赖性。我们发现，形成能与应变的变化是可以忽略不计的应变值的范围内，通常通过相干外延生长。我们的研究结果表明，应变膜中不同的氧空位浓度的实验报告，结果从外在因素，或从其他杂质，如缺陷复合物。
2012-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy Mediated Deterministic Domain Distribution at the Onset of Ferroelectricity
本研究通过第一性原理计算和原子尺度成像，发现氧空位在居里温度以上保持不动，冷却时决定可复现的铁电畴壁图案，变温压电力显微镜证实了记忆效应，质疑了畴分布的自发性。
2024-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Exceptionally Long-ranged Lattice Relaxation in Oxygen-deficient Ta2O5
采用第一性原理计算研究了缺氧Ta_2 O_5的晶格弛豫。电荷中性氧空位的存在可以导致从空位位置延伸超过18埃的长程晶格弛豫。晶格弛豫对空位形成能和电子结构有重要影响。用Hellmann-Feynman力和与Ta-O键长变化有关的势能面解释了晶格弛豫的长程行为。
2014-05-15 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of oxygen vacancy pinning of domain walls in PbTiO3
用密度泛函理论研究了四元PbTiO_3中氧空位与180度畴壁的相互作用。我们的计算表明，空位确实有一个较低的形成能量在畴壁中比在散装，从而确认这些缺陷迁移的趋势，并钉扎，畴壁。钉扎能量的报告为三个可能的方向的原始Ti-O-Ti键，并试图模拟结果与简单的连续模型进行了讨论。
2003-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy in ZnO-$w$ Phase: Pseudohybrid Hubbard Density Functional Study
在均匀电子气近似下，氧化锌的研究导致锌$3d$壳层与氧$2p$壳层的过度杂化，这是大多数过渡金属硫属化物所显示的问题。这个问题可以通过使用LDA+ $U$（或GGA+ $U$）方法部分地克服。然而，与锌$3d$轨道相反，对于氧$2p$轨道通常排除Hubbard型校正。在这项工作中，我们提供的电子结构计算的ZnO超电池中的氧空位的从头算的角度来看，与两个Hubbard型修正，$U_{\mathrm{Zn}-3d}$和$U_{\mathrm{O}-2p}$。我们的数值模拟的结果清楚地表明，$U_{\mathrm{O}-2p}$帐户有显着的影响，体ZnO的性质，特别是弛豫的晶格常数，有效质量的载流子以及带隙。对于一组验证值的$U_{\mathrm{Zn}-3d}$和$U_{\mathrm{O}-2p}$，我们证明了一个本地化的状态与定位在ZnO超电池的带隙中的氧空位的外观。我们的数值研究结果表明，缺陷态的特点是最高的重叠与导带态的计算中得到的没有Hubbard型校正。我们认为，缺陷态的电子密度主要由最接近空位的Zn原子决定。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Determination of oxygen vacancy limit in Mn substituted YSZ ceramics
采用X射线吸收光谱、发射光谱和直流磁化率等方法对Mn_x（Y_（0.148）Zr_（0.852））_（1-x）O_（2-δ）系列陶瓷进行了系统研究。XAS和XES结果表明，锰的氧化态的变化和Mn离子周围的局部原子环境的逐渐演变的掺杂剂含量增加时，这是由于结构弛豫引起的氧空位的量的增加。磁化率测量表明，Mn 3 O 4沉淀物形成x大于或等于0.1，并使独立的测定的实际量的锰离子溶解在YSZ固溶体。我们表明，锰掺杂到YSZ中产生的氧空位的量被限制为0.19每分子式单位。
2017-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Establishing quasi-linear quadrupole functional topology by oxygen-vacancy engineering at a ferroelectric domain wall
二维金属氧化物结构中的氧空位由于其独特的导电、磁性甚至导电功能而引起人们的广泛关注。铁电畴壁是最近一个突出的例子，因为它们作为拓扑缺陷的中心，使不寻常的对称性和低能量开关技术相关。然而，由于氧原子的轻重量和其空位的局部化效应，氧空位的原子尺度的电学和力学影响仍然难以捉摸。在这里，稳定的个人氧空位被发现和工程原位在晶种钛酸钙钛矿铁电畴壁。结合先进的透射电子显微镜和第一性原理方法的原子尺度的应变，电场，电荷和偶极矩分布，其特征在于这些空缺。3-5在空位的紧邻周围晶胞处观察到%拉伸应变。发现空位周围的偶极距分布是交替的头对头$-$尾对头$-$结构，产生准线性四极拓扑。附近的Ti离子的减少以及增强的充电和电场浓度附近的空缺确认了四极结构，并说明其对电气和结构性能的局部影响。在空位的晶胞中发现了显著的带内态，提出了有意义的畴壁电导率。氧空位工程和可控四极杆，使预先确定的原子尺度和全球功能特性提供了一个有前途的平台，机电拓扑孤子和器件的小型化在金属氧化物。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Defects in the $β$-Ga$_2$O$_3$($\bar201$)/HfO$_2$ MOS system and the effect of thermal treatments
本研究结合实验阻抗测量与物理模拟，分析了$β$-Ga$_2$O$_3$($\bar201$)/HfO$_2$ MOS系统在不同环境退火后的缺陷特性，发现并定位了HfO$_2$中的两个缺陷带，揭示了热处理及Cr夺取氧气对缺陷分布的影响。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Oxygen-vacancy-mediated Negative Differential Resistance in La and Mg co-substituted BiFeO3 Thin Film
研究了Bi 0. 9La 0. 1Fe 0. 96 Mg 0. 04 O 3（BLFM）薄膜在不同温度下的导电特性，发现该薄膜在80 oC以上的向下电场作用下出现负微分电阻（NDR）. NDR行为的起源与氧空位（VO.）的离子缺陷有关。出现在电影中。在分析漏电机理和表面电位行为的基础上，可以从VO的极化分布与中性化之间的竞争来理解NDR行为。
2012-03-02 cond-mat.mtrl-sci
SrTiO$_3$ termination control: A method to tailor the oxygen exchange kinetics
我们提供的见解，在还原性气体环境中退火过程中的钙钛矿模型材料SrTiO 3的表面终止对氧空位掺入的影响。我们提出了一种新的方法来控制定制的氧空位的形成，通过控制终止。我们证明了一个SrO-终止可以抑制整个（100）-表面的氧空位的掺入，并将其应用于控制它们在薄膜生长过程中的掺入。利用LaAlO 3和SrTiO 3之间的导电界面，我们可以通过在界面处的SrO终止水平来定制基于氧空位的电导率贡献。
2019-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Defect energetics of cubic hafnia from quantum Monte Carlo simulations
立方氧化物（HfO $_2$）由于其高介电常数而在电子学中的许多应用中引起极大兴趣。然而，这些应用中的常见缺陷会降低hafina的性能。采用基于密度泛函理论（DFT）和多体扩散蒙特卡罗（DMC）方法的第一性原理计算研究了立方HfO $_2$中氧空位和氮取代的电子性质.我们研究了氧空位的五种不同电荷缺陷态，以及可导致局部磁矩的替位N缺陷。DMC和DFT计算表明，氧空位诱导周围的缺陷强的晶格弛豫。最后，我们比较缺陷形成能，电荷和自旋密度从DMC与使用DFT得到的结果。虽然从DMC得到的形成能比从GGA+U得到的形成能大0.6~ 1.5~eV，但在贫氧条件下，对于最重要的缺陷，中性和带正电的氧空位，以及氮替代缺陷，两者的一致性相当好。我们的工作证实，氮可以起到钝化立方氧化物的作用，用于电子产品。
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy Formation Energy in Metal Oxides: High Throughput Computational Studies and Machine Learning Predictions
本研究通过高通量DFT计算构建了最大氧空位形成能数据集，并训练随机森林模型实现约0.3 eV/O的预测精度，成功筛选出250余种双钙钛矿水分解候选材料。
2023-09-03 cond-mat.mtrl-sci
