Oxygen vacancy formation energies in Sr-doped complex perovskites: ab initio thermodynamic study
La_（1-x）Sr_xCo_（0.25）Fe_（0.75）O_（3-δ）被认为是渗透膜和固体氧化物燃料电池的最佳阴极材料之一。其化学组成的优化是一个具有挑战性的问题。其中一个关键性质是氧空位的浓度，由它们的形成能控制。采用从头计算方法研究了Sr含量从x = 12.5%到50%变化时La_（1-x）Sr_xCo_（0.25）Fe_（0.75）O_（3-δ）钙钛矿中氧空位的形成。形成能作为温度和氧分压的函数，得到不同的化学计量。我们已经表明，声子贡献的自由形成能变得越来越重要的La 1-xSrxCo0.25Fe0.75O3-δ不仅与温度的上升，而且与Sr含量的上升。我们已经表明，由于两个效应：Sr 2+离子的电荷补偿和声子的贡献，随着Sr含量的增加，形成能显着降低。我们已经提出了一个简单的解释声子的作用增加的氧空位形成能量的基础上的声子模式的变化相比，无缺陷的材料。文中还对文献中的实验结果进行了仔细的分析。
2012-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio thermodynamic study of SnO$_2$(110) surface in an O$_2$ and NO environment: a fundamental understanding of gas sensing mechanism for NO and NO$_2$
为了阐明SnO $_2$对NO和NO $_2$气体的气敏机理，我们用{ \it ab initio}热力学方法计算了SnO $_2$（110）表面与O $_2$和NO气体环境接触的相图.首先，我们利用（1 $\times$ 1）和（2 $\times$ 1）表面单胞建立了一系列预吸附氧的SnO $_2$（110）表面的表面平板模型，并计算了它们的Gibbs自由能。在贫氧条件下，完全还原的表面含有桥氧和面内氧空位，而在富氧条件下，完全氧化的表面含有桥氧和氧二聚体，以及在两者之间的化学计量表面，被证明是最稳定的。利用所选择的表面，我们确定了SnO $_2$（110）表面在（$Δμ_\text{O}$，$Δμ_\text{NO}$）空间的表面相图.在NO丰富的条件下，最稳定的表面是那些形成的NO吸附在最稳定的表面接触，只有氧气。通过对NO $_x$在表面吸附过程中的电荷转移和态密度的分析，对NO的气敏机理提供了有意义的理解。
2017-09-21 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
Oxygen Partial Pressure during Pulsed Laser Deposition: Deterministic Role on Thermodynamic Stability of Atomic Termination Sequence at SrRuO3/BaTiO3 Interface
随着对基于氧化物的器件进行钝化的最新趋势，通过脉冲激光沉积（PLD）对表面/界面结构进行原子尺度控制的需求已经增加。特别地，在表面/界面处实现均匀的原子终止是高度期望的。然而，在PLD中的表面形成机制缺乏了解，限制了表面/界面原子堆积序列的故意控制。本文以SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3（SRO/BTO/SRO）异质结为模型体系，研究了PLD过程中不同界面终止序列（BaO-RuO 2或TiO 2-SrO）随氧分压（PO 2）的变化。我们发现，一个均匀的SrO-TiO 2终止序列在SRO/BTO界面可以通过降低PO 2到5毫托，无论总的背景气体压力（Ptotal），生长模式，或生长速率。我们的研究结果表明，在PLD的低能量动力学阶段的BTO表面的热力学稳定性可以发挥重要的作用，在表面/界面终止的形成。这一工作为在功能氧化物异质结构中实现终端工程铺平了道路。
2017-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic stability of oxygen point defects in cubic Zirconia
氧化锆（ZrO2）是一种重要的材料，其技术应用受到点缺陷物理的影响。采用从头计算方法研究了立方氧化锆中不同电荷态氧空位和杂质的结构和电子性质。我们发现立方ZrO_2中的氧分子可以有五种不同的构型：<110>哑铃形、<100>哑铃形、<100>众离子形、八面体形和<111>畸变哑铃形。对于中性和单电荷的氧间隙，最低的能量配置是<110>哑铃，而对于双电荷的氧间隙的八面体网站是精力最有利的。氧间隙和氧空位都是负U，因此单电荷缺陷在任何费米能级上都是不稳定的。从费米能级、氧分压和温度等方面研究了这些缺陷的热力学稳定性。提出了一种确定体系化学势随温度和压力变化的方法。
2010-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermodynamics of mono and di-vacancies in barium titanate
采用密度泛函理论计算方法研究了立方（顺电）钛酸钡中单空位和双空位缺陷的热力学和动力学性质。它是确定的空缺类型占上风给定的热力学边界条件。计算证实了既定的图片，空位发生在他们的名义电荷状态几乎在整个带隙。对于带隙的主导范围，双空位结合能为常数和负值。因此，该系统努力实现在富金属（富氧）条件下所有金属（氧）空位结合在双空位簇中的状态。计算了单空位在不同电荷态下的迁移势垒。由于发现氧空位在典型的生长温度下容易迁移，因此可以容易地形成双空位。本研究的主要结果相对于单和双空位的热力学行为的铁电相的初始缺陷分布的影响，因此老化的条件。
2012-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic stabilization and electronic effects of oxygen vacancies at BiFeO$_3$ neutral ferroelectric domain walls
本文通过第一性原理模拟量化了BiFeO$_3$中性铁电畴壁处氧空位的热力学稳定性和电子效应，发现空位在畴壁处具有高达0.3 eV的能量优势并诱导小极化子态，为畴壁导电和缺陷工程提供了定量基础。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Highly Active Nanoperovskite Catalysts for Oxygen Evolution Reaction: Insights into Activity and Stability of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 and PrBaCo2O6
结果表明，生产PrBaCo2O5和Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3纳米粒子的可扩展的合成方法导致高质量的活性的析氧反应与突出的改善10倍和50倍，分别相比，通过现有技术的合成方法制备的那些。在这里，在实验室和工业规模的详细比较表明，Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3似乎是最活跃和最稳定的钙钛矿催化剂在碱性条件下，而PrBaCo2O6揭示热力学不稳定性所描述的密度泛函理论为基础的Pourbaix图突出阳离子溶解在析氧条件下。操作X射线吸收光谱同时用于监测析氧反应过程中催化剂的电子和结构变化。特殊的BSCF功能稳定性可以关联到其热力学亚稳态下的析氧条件下，突出的Pourbaix图分析。BSCF能够动态地自重构其表面，导致形成Co基羟基氧化物层，同时保持其结构稳定性。因此，PBCO表现出高的初始析氧反应活性，同时考虑到其在析氧条件下的热力学不稳定性，其经历降解过程，如其Pourbaix图所预期的。总的来说，这项工作展示了一种使用实验和理论研究来理解钙钛矿催化剂行为的协同方法。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Bias-triggered conductivity relaxation (BCR): a unique tool to simultaneously investigate thermodynamics, kinetics and electrostatic effects of oxygen reactions in MIEC thin films
TU Wien（维也纳工业大学）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LMGP（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Institute of Chemical Technologies and Analytics, TU Wien（维也纳工业大学化学技术与分析研究所）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, G2ELab – Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
BCR通过结合电和化学驱动力，提供对氧化物中氧反应热力学、动力学和静电效应的综合研究，提升电极性能和催化效率。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Insights into the function of silver as an oxidation catalyst by ab initio, atomistic thermodynamics
帮助了解银作为氧化催化剂的高活性，例如，对于乙烯氧化为环氧化合物和甲醇脱氢为甲醛的反应，研究了氧物种在Ag（111）表面的相互作用和稳定性。利用密度泛函理论计算了O/Ag（111）体系的自由能，并通过氧的化学势考虑了温度和压力的影响，得到了O/Ag（111）体系的相图。我们的研究结果表明，薄的表面氧化物结构是最稳定的温度和压力范围内的乙烯环氧化，我们建议它（和可能的其他类似的结构）包含的物种驱动的催化。对于较高的温度，化学吸附氧的低覆盖率是最稳定的，这也可以在氧化反应中发挥作用。对于大于约775 K的温度有没有稳定的氧物种，除了在欠协调的表面站点吸附的氧原子的可能性，我们的计算排除了较厚的氧化物样结构，以及散装溶解氧和分子臭氧样的物种，在氧化反应中发挥作用。
2003-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics-Inspired High-Entropy Oxide Synthesis
本研究突破传统温度主导的高熵氧化物研究思路，提出以氧化学势调控为核心的合成策略，结合理论计算与实验验证合成多种新型岩盐型高熵氧化物，还提出氧化学势重叠度作为稳定性预测的新描述符，构建了普适性的研究框架。
2025-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic stability of Fe/O solid solution at inner-core conditions
我们提出了一种新的技术，它允许完全{ \em ab initio}计算的替代杂质在高温晶体中的化学势，包括谐波和非谐波晶格振动。该技术使用的热力学积分和参考模型的组合最近开发的{ \em从头计算的液体和非谐固体的自由能。我们应用的技术的情况下，在h. c. p.铁在地球的核心条件下，早期的静态{ \em从头计算表明是非常不稳定的替代氧杂质。我们的研究结果表明，熵效应所产生的大振动振幅的氧杂质给氧化学势的主要减少，使溶解在高压铁中的氧可以稳定在几个摩尔%的浓度下的核心条件。
2000-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermodynamic route of Nb3Sn nucleation: Role of oxygen
本研究针对Nb3Sn合金传统Sn扩散成核机制的不足，通过不同氧化物界面实验发现氧的作用及SnOx中间相，提出热力学成核新路径，为高质量Nb3Sn超导体的生长优化与合成提供指导。
2023-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.acc-ph
The nickel vacancy acceptor in NiO: doping beyond thermodynamic equilibrium
本文研究了宽禁带p型半导体氧化镍（NiO）中本征点缺陷VNi（镍空位）的温度诱导外扩散和浓度衰减。VNi可以很容易地引入到NiO薄膜中，通过在薄膜生长过程中提供高的氧分压，呈现非化学计量的半导体结构。然而，在生长之后暴露于较低的氧气供应，例如在标准气氛中，通常导致膜电导率的逐渐降低，因为空位浓度平衡。在这项研究中，我们观察到这个过程中原位进行温度依赖性测量的电导率在室温下生长的NiO膜。在420K的温度下排除氧，掺杂水平下降了8倍，而相关的室温直流电导率下降了6个数量级。同时，可以通过电极极化特性的发生间接观察到可移动VNi物种的外扩散。
2020-01-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles modeling of oxygen interaction with SrTiO3(001) surface: Comparative density-functional LCAO and plane-wave study
采用基于密度泛函理论的大规模第一性原理计算，采用两种不同的基组方法（原子轨道和平面波基组），研究了原子氧和分子氧在无缺陷SrTiO 3（001）表面（SrO和TiO 2封端）上的能量、几何结构、电荷重新分布和迁移.这两种方法预测大量的原子O吸附在氧表面离子和相邻的金属离子之间的桥位置的结合能。强化学吸附是由表面分子过氧化物离子的形成引起的。相比之下，中性分子的吸附能要小得多，约为0.25 eV。即使在0 K下，解离分子吸附在能量上也是不利的.吸附的O原子沿（001）方向迁移，其迁移活化能约为1eV，远大于表面氧空位的迁移活化能（0.14eV）。因此，表面O空位控制遇到吸附的O原子和氧渗透到表面，这是ABO3型钙钛矿的许多应用的限制步骤，包括电阻式氧传感器、渗透陶瓷膜和燃料电池技术。
2010-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Modeling oxygen self-diffusion in UO2 under pressure by M.W.D Cooper et al., Solid State Ionics 282 (2015) 26-30"
最近通过将分子动力学计算与化学模型cBΩ模型相结合，研究了UO ${_2}$中的氧自扩散系数[Cooper et al. Solid State Ionics 282（2015）26-30]在压力（0- 10 GPa）和温度（300- 1900 K）范围内的变化。氧自扩散作为增加静水压力的函数的显着减少，以及相关的活化能的增加被确定。在这里，我们扩展这项研究，并发现相应的激活体积的压缩性超过显着的压缩性的散装材料几乎一个数量级。这个结果很重要，因为在文献中通常假设这两个压缩系数相等。当将该体积的热膨胀系数与散装固体的热膨胀系数进行比较时，这同样成立。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci
First principles modeling of oxygen adsorption on LaMnO3 (001) surface
我们提出并讨论了原子和分子氧在固体氧化物燃料电池阴极模型材料LaMnO 3（001）表面的吸附和扩散的从头算DFT平面波超原电池计算结果。从气相中的O2分子的解离吸附是积极有利的表面Mn离子，即使在无缺陷的表面上。吸附的O离子的表面迁移能被发现是相当高的，1.6 eV。我们预测，吸附的O原子可以渗透到电极的第一平面时，更多的移动表面氧空位（迁移能为0.69 eV）的方法，O离子强烈结合到表面Mn离子。从头算热力学预测，在典型的SOFC工作温度（~1200 K）下，吸附有氧原子的MnO 2（001）表面在很宽的氧气压力范围内（高于10^2 atm）是最稳定的。
2008-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio thermodynamics of intrinsic oxygen vacancies in ceria
非化学计量的氧化铈（CeO $_{2-δ}$）是促进两步水裂解循环并产生氢气的候选反应介质。通过掺杂改善其热力学适用性需要了解其空位热力学。采用密度泛函理论和基于团簇展开的蒙特卡罗模拟，研究了氧化铈中本征氧空位的高温热力学性质。采用密度泛函理论（DFT）+ $U$方法计算了CeO 2中各种空位构型的基态能量，并将其拟合成团簇展开哈密顿量，有效地模拟了空位构型对能量的依赖性.晶格振动的影响被纳入通过一个依赖于温度的集群膨胀。使用团簇展开哈密顿量的晶格蒙特卡罗模拟能够检测到氧化铈相图中的可伸缩性间隙。振动和电子熵效应的列入与实验定量的协议。通过计算作为非化学计量的函数的理想溶液模型的偏差被量化，a）来自蒙特卡罗模拟的固态熵和b）各种对簇的Warren-Cowley短程序参量。
2012-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Thermodynamic investigations on the growth of CuAlO$_2$ delafossite crystals
同时进行差热分析（DTA）和热重（TG）测量与氧化铜/氧化铝混合物在不同的氧分压和坩埚由不同材料制成的气氛中进行。只有蓝宝石和铂坩埚被证明在用于CuAlO $_2$铜铁矿单晶生长的条件下是稳定的。重新测定了Al $_2$ O $_3$ -CuO-Cu三元相图及其等值线截面Cu $_2$ O-Al $_2$ O $_3$。从加入1- 2mol%氧化铝的氧化铜熔体中可以获得毫米尺寸的晶体，该晶体在保持在含有15- 21%氧的氧化气氛中的铂坩埚中是稳定的。
2017-09-20 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
Modeling oxygen-void interactions in uranium nitride
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
本研究开发第一性原理模型，揭示氮化铀中氧与空洞、裂变气气泡的相互作用可降低表面能，该效应在小空洞中等温度下最显著，为解释其辐照肿胀行为提供了关键机制。
2026-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the electrical conductivity in BaTiO3 on the basis of first-principles calculations
基于从密度泛函理论内的第一性原理计算获得的数据，计算了原型钙钛矿$\Ba\TiØ_3$的电导率对氧分压的依赖性。通过自洽确定的电子化学势的平衡点缺陷浓度。这允许导出给定温度和化学环境的载流子浓度，并最终导出电导率。如果假设$10^{17}\,\cm^{-3}$为意外受主掺杂水平，则计算结果与实验数据非常吻合。结果表明，双电荷氧空位是负责高温$n$型导电在贫氧条件下。高温$p$型导电观察到在大的氧气压力是由于钡空位和钛-氧双空位在Ti和Ba丰富的条件下，分别。最后，讨论了本方法与点缺陷热力学的质量作用定律方法之间的联系。
2012-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Association of oxygen vacancies with impurity metal ions in lead titanate
采用第一性原理计算研究了钛酸铅中孤立铜、铁原子及其与氧空位复合物的热力学、结构和电子性质。这两种掺杂剂对M_Ti-V_O（M = Cu，Fe）缺陷的形成都有很强的化学驱动力。最稳定的配置对应于一个本地偶极子沿平行于自发极化的四极轴对齐。得到了局域自旋矩，并讨论了计算的自旋密度。计算结果为实验结果提供了一个简单而一致的解释。的背景下，铁电材料的退化模型的结果进行了讨论。
2010-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Differentiable thermodynamic modeling
通过引入可微规划的概念，提出了一种新的热力学建模框架，其中包括热化学量和相平衡的所有热力学观测量都可以相对于底层模型参数进行微分，从而允许通过基于梯度的优化来学习模型。结果表明，热力学建模和深度学习可以在这个框架内无缝集成和统一。初步成功地应用于Cu-Rh体系。预计深度学习风格的热力学建模可以提高模型的预测能力，并通过学习各种类型的数据为具有复杂化学性质的多组分材料的设计，合成和优化提供更有效的指导。
2021-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the underlying mechanisms for organic memory devices: Tunneling, electron emission and oxygen adsorbing
我们提出了一个结合的实验和理论研究，以了解在有机存储器件的记忆和负微分电阻（NDR）效应。我们提出的理论模型只是一个一维的金属岛阵列嵌入两个电极。我们利用散射算符方法计算电极与岛之间的隧穿电流，建立了几种器件的基本的隧穿I-V曲线。理论结果与实验结果吻合较好，可以全面理解记忆效应和负折射效应。实验对应，如改变氧气压力的实验，也被处理。
2012-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxygen reduction reactions on pure and nitrogen-doped graphene: a first-principles modeling
基于第一性原理密度泛函理论计算，我们探讨了氧还原反应在原始和氮掺杂石墨烯与不同的氮掺杂量的能量。氧还原的过程比金属催化的反应多一步。计算结果证明，对于轻掺杂石墨烯（约4%的氮）的情况，每个步骤的能垒低于Pt表面上的相同工艺。与金属表面的催化相比，掺杂石墨烯的最大覆盖率较低，并且取决于石墨烯的导电性。讨论了氧负荷和波纹引起的能垒变化。
2011-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Experiment-driven atomistic materials modeling: A case study combining X-ray photoelectron spectroscopy and machine learning potentials to infer the structure of oxygen-rich amorphous carbon
提出结合机器学习与实验可观测量的通用方法，通过巨正则Monte Carlo生成符合XPS实验数据且能量有利的a-CO$_{x}$结构，实现了具有高度真实性的实验驱动原子级材料建模。
2024-05-20 cond-mat.mtrl-sci
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
First Principles, Explicit Interface Studies of Oxygen Vacancy and Chloride in Alumina Films for Corrosion Applications
点蚀是一个研究较多的技术相关课题。然而，负责钝化氧化层的击穿的基本机制仍然是争论的主题。已知氯阴离子会加速腐蚀;相关假设包括Cl插入氧化膜中带正电的氧空位，以及Cl吸附在钝化氧化物表面上，取代表面羟基。在这项工作中，我们进行大规模的第一性原理模拟显式金属/Al（2）O（3）界面，以调查与这些假设相关的能量和电子结构。明确的界面模型允许电子转移，模仿电化学事件，并建立在不同的接口和电子带排列的原子结构之间的关系。对于多个模型接口，我们发现，双电荷氧空位，这是点缺陷模型（PDM）的关键成分，经常用于分析腐蚀数据，只能发生在存在的电势梯度，提高了电压。Cl-插入到氧化物膜中可以在一些氧空位位点中在能量上是有利的，这取决于电压。我们还讨论了这些复杂的接口与显式DFT建模相关的挑战。
2021-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio modeling of oxygen impurity atom incorporation into uranium mononitride surface and subsurface vacancies
模拟了UN（001）表面、次表面和中心层的氮或铀空位中氧原子的掺入。对于相应的平板模型的计算，相对论赝势和方法的投影增强波（PAW）的VASP计算机代码中实现的已被使用。计算并讨论了氧原子在UN缺陷表面内的结合能和溶解能。对UN（001）板中空位处氧离子的不同构型，计算了其态密度和电荷重分布。与U空位相比，O原子掺入N空位的相当大的能量偏好表明，观察到的UN氧化主要是由氧原子与表面和亚表面N空位的相互作用决定的，导致它们被空位捕获并与最近的铀原子形成O-U键。关键词：密度泛函计算，一氮化铀，表面，缺陷，N和U空位
2012-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Jahn-Teller stabilization of a "polar" metal oxide surface: Fe3O4(001)
使用从头算热力学，我们编译的Fe_3 O_4（001）的表面作为温度和氧气压力的函数的相图。一个迄今为止被忽视的极性终止与八面体铁和氧形成的波浪状结构沿[110]方向被确定为最低的能量配置在很宽的范围内的氧气气相条件。这种新颖的几何形状在X射线衍射分析中得到证实。Fe 3 O 4（001）表面的稳定化伴随着电子和磁性的显著变化，例如，半金属到金属的过渡。
2005-01-17 cond-mat.mtrl-sci
First principles thermodynamical modeling of the binodal and spinodal curves in lead chalcogenides
高通量从头计算，集群扩展技术和热力学模型已协同相结合，以表征在伪二元铅硫属化合物PbSe-PbTe，PbS-PbTe，和PbS-PbSe的双节和旋节分解功能。虽然我们的结果与现有的实验数据一致，但我们的溶质温度相对于以前的计算模型有了很大的提高。计算的相图证实，形成的调幅纳米结构导致低的热导率在这些合金。所提出的方法，合理利用在线量子知识库，可以扩展到研究材料的技术利益的结晶和动力学性质。
2015-09-01 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles investigation of the diffusivities of oxygen and oxygen defects in ThO$_2$
本文基于密度泛函理论和声子模拟研究ThO$_2$中氧空位与间隙缺陷的迁移能垒、尝试频率及扩散系数，揭示了不同温度、氧压和化学计量比下主导氧扩散的缺陷机制。
2025-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic Modeling of Pure Elements from 0 K with Uncertainty Quantification using PyCalphad and ESPEI
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；GTT-Technologies（GTT科技有限公司）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
本文利用PyCalphad和ESPEI对41种纯元素进行热力学建模，通过马尔可夫链蒙特卡洛方法量化模型参数和预测的不确定性，展示不同模型的定量比较，促进多组分系统的高效开发。
2026-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic modeling of the LiF-YF3 phase diagram
LiF-YF 3二元相图的热力学优化进行拟合吉布斯能函数的实验数据，从文献中，以及从自己的热分析测量（DTA和DSC）HF处理的样品。末端成员化合物的吉布斯能函数取自文献。描述液相中两种氟化物之间相互作用效应的过剩能量项用Redlich-Kister多项式函数表示。计算的相图和热力学性质的独特形成的化合物，LiYF 4，是在合理的协议与实验数据。
2012-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the thermodynamics of the FeTi hydrogenation under para-equilibrium: an ab-initio and experimental study
与替代的金属间化合物相比，基于FeTi的金属间化合物由于有利的可逆性、良好的吸附动力学和相对低的成本而作为固定的贮氢材料最近重新引起注意。采用OpenCalphad软件对（FeTi）$_{1-x}$ H $_{x}$（0 $\leq x \leq$ 1）体系的热力学进行了评估，作为模拟FeTi基合金氢化的关键基础。从我们的实验压力-组成-等温线（PCI）曲线，以及利用密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算获得新的热力学数据。根据文献信息和\emph{ab-initio}调查的批判性分析，仔细选择了热力学相模型。关键的热力学性质，如离解压力，形成的热力学和相图计算与我们进行的实验和文献报道的数据吻合良好。这项工作提供了一个初步的观点，可以扩展到更高阶的热力学评估，并随后使设计新的FeTi为基础的双金属氧化物。此外，评估的热力学数据可以作为动力学模型和氢化物微观结构模拟的关键输入。
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Oxides in an oxygen potential gradient: coupled morphological stability of the multiple phase boundaries
在暴露于热力学电势梯度的材料中，即，在化学势、电势、温度或压力的梯度下，发生移动组分的传输过程。这些传输过程和不同过程之间的耦合不仅具有根本意义，而且也是几种降解过程的起源，例如动力学解混和分解。此外，可能出现材料表面和界面的形态变化。在本文中，一个全面的正式处理的耦合形态稳定性的多个相界将被暴露于氧电势梯度的氧化物。
2017-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermodynamic, Kinetic and Mechanical Modeling to Evaluate CO2-induced Corrosion via Oxidation and Carburization in Fe, Ni alloys
本文通过整合热力学、动力学和力学应力的计算框架，研究了Fe基MA956和Ni基H214合金在超临界CO2中的腐蚀行为，揭示了温度、压力对氧化渗碳的影响及界面应力与碳化物特性的关系。
2023-05-31 cond-mat.mtrl-sci
CHx adsorption (x=1-4) and thermodynamic stability on CeO2(111) surface: A first-principles investigation
我们提出了一个从头算研究甲烷，其脱氢形式和氧化铈表面之间的相互作用。特别地，考虑了化学计量的CeO 2（111）表面和具有氧空位的表面。我们研究了这些分子在真空中吸附在表面上的各种配置的几何形状，能量和电子结构，我们将分析扩展到现实的环境条件。绘制了吸附物-表面体系的相图，并对相关过渡相进行了详细分析，指出了甲烷部分氧化反应发生的条件。
2013-10-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of thermodynamics and electronic transitions in vacancy-ordered rare-earth perovskite nickelates
本文利用DFT+U计算系统研究了稀土镍酸盐$R$NiO$_{2.5}$的氧空位有序构型，发现square planar构型更稳定且为绝缘体，而brownmillerite构型呈金属性，并揭示了稀土阳离子尺寸对热力学稳定性和电子结构的影响规律。
2024-12-27 cond-mat.mtrl-sci
In-situ study and modeling of the reaction kinetics during molecular beam epitaxy of GeO2 and its etching by Ge
本研究通过原位激光反射法和质谱法揭示了等离子体辅助MBE生长GeO2过程中亚氧化物GeO的形成与脱附对生长速率的限制及刻蚀机制，并建立亚化合物介导反应模型，确定了GeO2的生长窗口。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic Pathways of Phase Decomposition Using Steepest-Entropy-Ascent Quantum Thermodynamics Modeling. Part II: Phase Separation and Ordering
有序和并发的有序和集群的动力学进行了分析与运动方程最初开发的量子系统中的耗散过程。利用静态浓度波方法构造了一个简化的能量本征结构或伪本征结构，用以描述二元合金中原子有序化和团簇化的组态依赖能量。这种伪本征结构与遵循最陡熵上升的运动运动方程结合使用，以计算导致一系列假设合金中的有序化和聚集的动力学路径。通过调节热力学溶液参数，证明该模型能够预测稳定的平衡态，以及连续/不连续有序化和同时有序化和相分离的并行过程的唯一热力学路径和动力学。
2018-09-27 cond-mat.mtrl-sci
First-principles based Monte Carlo modeling of oxygen deficient Fe-substituted SrTiO$_3$ experimental magnetization
本研究通过杂化DFT和蒙特卡洛模拟，建立了氧缺陷Fe取代SrTiO3的磁化模型，再现实验特征，揭示缺陷与磁性关系，为多铁性材料设计提供指导。
2023-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A hierarchy of thermodynamics learning frameworks for inelastic constitutive modeling
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文从机器学习角度统一比较了几种热力学一致的非弹性建模框架，通过共同神经势架构评估其结构假设对可学习性、表达性、稳定性和泛化性的影响。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio investigation on oxygen defect clusters in UO2+x
通过第一性原理LSDA+U计算，我们发现，目前的缺陷二氧化铀的物理图像所建议的中子衍射分析是不能令人满意的。建立在量子理论基础上的理解是点缺陷与立方八面体团簇之间的竞争，这自然解释了不对称O'和O“晶体的困惑。它也给出了一个明确的和一致的协议与大多数现有的实验数据。不幸的是，观察到的O“位的高占据不能在这张照片中解释，并且仍然是理论模拟的挑战。
2008-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
MD modeling of cracks in clay at the nanoscale
粘土中的裂缝在岩土工程和地质环境工程中是重要的（例如，路堤侵蚀和填埋场覆盖系统的稳定性）。本文通过全尺度分子动力学模拟研究了纳米尺度下粘土中裂纹的成核和扩展机理。所采用的粘土为叶蜡石，力场为CLAYFF。本文研究了叶蜡石粘土层在单轴拉伸和单剪作用下裂纹的形成。数值结果表明，叶蜡石纳米粘土层中的裂纹是脆性的和应变率相关的。小的应变速率导致低的极限拉伸/剪切强度。随着应变速率的增加，粘土裂纹由单裂纹向多裂纹扩展。从原子尺度上的键断裂分析探讨了裂纹的形成机理。结果表明，第一个键断裂发生在硅-表面氧键中。当裂纹扩展时，与其他类型的金属-氧相互作用相比，断裂的硅-表面氧键的相对百分比是最小的，这表明硅和表面氧原子之间的原子相互作用是最强的。为了理解裂纹的扩展，我们还研究了叶蜡石的应力强度因子和能量释放率及其在原子尺度上的尺寸依赖性。
2022-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Stacking fault energy prediction for austenitic steels: thermodynamic modeling vs. machine learning
层错能（SFE）是控制奥氏体钢变形机制和优化力学性能的最关键的微观组织属性，但目前还没有精确直观的计算工具对其进行建模，本文采用热力学建模和机器学习相结合的方法对300多种奥氏体钢的层错能（SFE）进行了预测。结果表明，为提高热力学模型的可靠性，需要改进低温相图计算（CALPHAD）数据库和界面能预测。与热力学和经验模型相比，集成的机器学习算法提供了更可靠的预测。对实验结果的统计分析表明，只有Ni和Fe对超临界流体萃取有中等程度的单调影响，而其他元素对超临界流体萃取的影响则表现出复杂的效应，其影响程度随合金成分的不同而变化。
2020-09-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-Principles Modeling of Equilibration Dynamics of Hyperthermal Products of Surface Reactions Using Scalable Neural Network Potential
提出可扩展神经网络势模拟O2在Pd表面解离后的热氧原子平衡动力学，明确超胞尺寸要求并揭示表面取向、热涨落及稀有弹道运动的作用。
2023-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermodynamic consistency and fast dynamics in phase field crystal modeling
本文提出了一种通用的公式来导出运动方程，并同时证明了几类相场模型的热力学一致性。它适用于具有守恒相场的模型，描述均匀或周期性稳定状态，并包含慢和快的热力学变量。该方法是基于熵泛函形式主义先前开发的背景下相场模型的均匀状态[P. Galenko和D。Jou，Phys. Rev. E { \bf 71}，046125（2005）]，并且因此允许将后者的若干性质扩展到周期性状态的相场模型（相场晶体模型）。特别是，它允许演示的概念，热力学的一致性相场晶体模型与快速动态。
2011-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Mechanistic Insights into Enhanced Alkaline Oxygen Evolution on Zn-Al Alloy Electrodes
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；Institute of Energy Research and Development (IERD) Bangladesh Council of Scientific and Industrial Research (BCSIR)（能源研发研究所 孟加拉国科学和工业研究委员会）
研究通过实验和理论计算揭示Zn-Al合金电极在碱性环境中的氧析出反应性能，发现Al含量20%以上导致相不稳定，而10%-15%Al含量提升催化效率，降低过电位。
2026-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
General embedded cluster protocol for accurate modeling of oxygen vacancies in metal-oxides
O空位（Ov）形成能，$E_\textrm{Ov}$，是金属氧化物的重要性质，控制其在诸如燃料电池或多相催化的应用中的性能。这些缺陷通常用密度泛函理论（DFT）来研究。然而，众所周知，标准DFT公式（例如广义梯度近似）不足以对Ov进行建模，需要更高层次的理论。嵌入式簇方法提供了一个有前途的方法来计算$E_\textrm{Ov}$准确，所有的电子结构的方法。这种方法的核心是构建量子（机械处理）集群放置在合适的嵌入环境。不幸的是，目前构建量子簇的方法要么需要大的系统尺寸，阻止高级方法的应用，要么需要大量的手动输入，阻止同时研究多个系统。在这项工作中，我们提出了一个系统的和一般的量子团簇设计协议，可以确定小的收敛量子团簇，用于研究金属氧化物中的Ov与精确的方法，如本地耦合团簇与单，双和微扰三重激发[CCSD（T）]。我们应用该协议来研究在体和表面的金红石TiO 2和岩盐MgO平面的Ov，产生的第一个准确和良好收敛的测定$E_\textrm{Ov}$与此方法。这些参考值被用来衡量交换相关泛函在DFT中，我们发现，所有研究的泛函低估了$E_\textrm{Ov}$，随着雅各布阶梯的梯级的平均误差减少。该协议是自动化的高通量计算，并可以推广到研究其他点缺陷或吸附。
2022-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Oxygen non-stoichiometry and the origin of Na ion ordering in P2-NaxCoO2
研究了缺氧对Na_（2/3）CoO_（2-x）物理性质的影响。结合热重、磁化率和同步辐射X射线劳厄衍射的研究表明，Na 2/3CoO 2没有表现出由于Na离子引起的超晶格有序性，而Na 2/3CoO1.98具有与Na 0.71CoO2相同的Co价态，表现出几乎相同的磁性和输运性质以及相同的简单六方超晶格有序性sqrt（12）a. Na ~（2/3）CoO_（1.98）中的Na离子有序结构与大sqrt（12）a-x-sqrt（12）a-x-3c超晶格的理想Na_（0.71）CoO_2完全相同，但在室温下存在与氧缺陷结合的Na空位.我们得出结论，氧空位在稳定超晶格结构中起着关键作用，必须在其建模。
2010-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
douka: A universal platform of data assimilation for materials modeling
本研究开发通用数据同化平台douka，应用于非线性材料模型，通过水电解电极实验图像估算物理性质，在Fugaku上实现大规模集合DA，验证计算效率，为数据驱动材料科学提供新方法。
2025-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
