A statistical understanding of oxygen vacancies in distorted high-entropy oxides
Stanford University（斯坦福大学）
研究高熵钙钛矿氧化物中氧空位形成难题，通过实验测量和原子模拟，发现其与阳离子尺寸方差等有关。基于统计热力学，统计处理氧空位可准确预测形成，增加 A 位阳离子尺寸方差能降温度敏感性，对理解该材料至关重要。
2026-07-23 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
Role of Point Defects on the Properties of Manganites
用XRPD、电导率、电子顺磁共振和静态磁化强度等测试手段对具有明确阳离子分子结构和氧含量的La_（1-x）Ca_xMnO_3 + δ和La_（1-x）Na_xMnO_3 + δ样品进行了分析。通过以下方式在结构中引入点缺陷：i）异价阳离子掺杂（替代缺陷），ii）氧过化学计量（阳离子空位）和iii）氧欠化学计量（氧空位）。阳离子掺杂主要通过影响容忍因子和Mn离子的氧化来影响材料;阳离子空位通过阻断Mn ~（4+）-Mn ~（3+）离子间的相互作用路径而影响磁性，而氧空位对结构和电学性能的影响更大，并通过Mn ~（4+）离子的整体减少而影响磁性量和通过创建具有不同磁性特征的样品区域。我们可以说，Ca和Na掺杂的镧锰氧化物化合物的基本磁性和电学行为是由Mn 4 +-Mn 3+比驱动的，并且所有的特殊行为确实是由缺陷、浓度梯度以及更一般地由晶格无序引起的。
2004-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Utilizing (Al, Ga)2O3/Ga2O3 superlattices to measure cation vacancy diffusion and vacancy-concentration-dependent diffusion of Al, Sn, and Fe in \b{eta} -Ga2O3
本研究利用铝镓氧化物/氧化镓超晶格，通过新型有限差分方案提取了退火过程中阳离子空位及 Al、Sn、Fe 的扩散常数，发现衬底空位会扩散并与杂质相互作用，且未发现表面镓空位引入影响 Al 扩散，强调了控制非故意杂质的重要性。
2024-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Faster grain-boundary diffusion with a higher activation enthalpy than bulk diffusion in ionic space-charge layers
Institute of Physical Chemistry, RWTH Aachen University（亚琛工业大学物理化学研究所）
研究通过连续模拟发现，在掺杂的钙钛矿氧化物中，晶界处离子扩散速率可通过两种机制实现，导致活化焓比体扩散高，从而实现r>1。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Correlation of the role of Li-doping in control of O-vacancies and Li interstitial formations in NiO with electrochemical properties
本研究通过在NiO中掺杂Li⁺，探究其对结构、声子、电子及电荷存储性能的影响，揭示了氧空位、Ni³⁺形成与Li掺入的关联，发现3%掺杂时电荷存储性能最优，6%掺杂因Li间隙生成性能下降。
2025-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-cations doped into a Double Perovskite Semiconductor
本文报道了两种基于磁性离子掺杂的双钙钛矿氧化物Sr_2Ga_（1-x）Cr_xSbO_6（0.1 < x < 0.4）和Sr_2Ga_（1-x）Fe_xSbO_6（0.1 < x < 0.4）的固溶体。所有的组合物结晶在相同的空间群（I4/m）作为其未掺杂的母相Sr 2GaSbO 6，与三价磁性阳离子Cr 3+或Fe 3+部分取代非磁性Ga 3+在一个B-阳离子网站。Cr和Fe掺杂相显示出掺杂剂磁矩之间的主要反铁磁耦合，并表现出随着取代度的增加而减小的带隙。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of electronic structure of SrRuO3 and the degree of correlation on cation off-stoichiometry
我们已经生长和研究了高质量的SrRuO_3薄膜的MBE以及PLD。通过改变沉积过程中的氧活性，我们能够使SrRuO 3样品的化学计量（低氧活性）或钌空位（高氧活性）。发现不可能生产具有锶空位的样品，因为钌会以RuO 2的形式沉淀出来。SrRuO 3的晶胞体积随着钌空位的引入而变大。剩余电阻率比（RRR）和室温电阻率被发现系统地依赖于单位电池的体积，因此钌空位的量。RRR从化学计量样品的~30变化到非常贫钌的样品的小于2。室温电阻率从化学计量样品的190微欧姆cm变化到非常贫钌样品的超过300微欧姆cm。当样品中钌空位较多时，UPS谱在费米能级附近出现了由相干峰向非相干峰的权重偏移。钌3d线的芯级XPS谱在化学计量样品的情况下显示出强屏蔽部分。当引入钌空位时，该屏蔽部分消失。UPS和XPS结果都与钌空位量增加时相关性增加的观点一致。
2007-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Origin of donor compensation in monoclinic (Al$_x$Ga$_{1{\rm -}x})_2$O$_3$ alloys
University of Kansas（堪萨斯大学）
研究揭示单斜(Al$_x$Ga$_{1{\rm -}x})_2$O$_3$合金中供体补偿的机制，通过密度泛函理论分析发现空位能量低于Si供体，导致补偿效应。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Ferromagnetism Through the Metal-Insulator Transition in Undoped Indium Tin Oxide Films
我们提出了一个详细的研究出现在低载流子密度样品的未掺杂的氧化铟锡（ITO）的体铁磁性。我们使用退火来增加氧空位的密度并改变样品的形态，而不通过金属绝缘体转变（MIT）引入杂质。我们利用了一种新的和高灵敏度的“Corbino-disk扭矩磁力仪”技术，同时测量连续退火后的相同样品上的磁性的热力学和输运效应。随着样品粒度的增加，载流子密度增加，样品变得更加金属化，并且当电阻接近MIT时出现铁磁性。通过检测磁化滞后、反常霍尔效应（AHE）和滞后磁阻，观察到铁磁性。当接近MIT时，AHE的符号变化可以阐明MIT的弱绝缘侧中杂质带和导带之间的相互作用。
2021-07-30 cond-mat.mtrl-sci
The thermodynamic trends of intrinsic defects in primary halide perovskites: A first-principles study
卤化物钙钛矿中的缺陷在决定所得光电子器件的效率和稳定性方面起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个系统的研究本征点缺陷在六个主要的金属卤化物钙钛矿，MAPbI $_3$，MAPbBr $_3$，MAPbCl $_3$，FAPbI $_3$，CsPbI $_3$和MASnI $_3$，使用密度泛函理论计算与SCAN+ rVV 10功能。我们分析了改变阴离子和阳离子对缺陷形成能和电荷态跃迁水平的影响，并确定了所观察到的趋势的物理根源。碘化铅化合物中的主要缺陷是A $^+$阳离子材料（A = Cs，MA，FA），由I $^-$材料或铅$({2-})$空位进行电荷补偿。在溴化铅和氯化铅化合物中，卤化物空位变得相对更突出，并且对于MAPbBr $_3$，Pb $^{2+}$间隙也变得重要。这种趋势可以用阳离子和阴离子置换后静电相互作用和化学键的变化来解释。MASnI $_3$中的缺陷物理学主要由锡$({2-})$空位主导，并受到锡钙钛矿的容易氧化的促进。实际上，除了MASnI $_3$是强p掺杂的之外，所有化合物都是轻度p掺杂的。由六种钙钛矿中的缺陷产生的所有受主能级都是浅的。一些缺陷，特别是卤化物空位和Pb或Sn杂质，产生深施主陷阱。虽然这些陷阱可能会阻碍MAPbBr $_3$和MAPbCl $_3$的电子行为，但在碘基钙钛矿中，它们的平衡浓度太小而不会影响材料的性质。
2021-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and structural properties of vacancies on and below the GaP(110) surface
我们利用第一性原理赝势进行了总能量密度泛函计算，确定了GaP（110）表面中性表面和亚表面空位的原子和电子结构。阳离子和阴离子表面空位显示出明显的向内弛豫的三个最近的邻居原子对空缺，而表面点群对称性保持。对于这两种类型的空缺，我们发现一个单一的占领水平在中间差距。在第二层下面的次表面空位显示与体缺陷基本上相同的性质。我们的结果在第二层中的空缺显示未观察到的功能，无论是表面或体的空缺：大的弛豫发生，这两个缺陷是不稳定的反位空缺复合物的形成。模拟扫描隧道显微镜图片的不同的空缺，我们发现与实验数据的表面空缺和预测的签名的亚表面空缺。
1998-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Formation mechanism, stability and role of zinc and sulfur vacancies on the electronic properties and optical response of ZnS
本研究结合实验与DFT理论计算，证实锌空位使闪锌矿ZnS从绝缘变为半导体特性并产生可见光吸收，揭示了空位调控ZnS光学性质的机制，为其在光电器件中的应用提供了依据。
2025-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Experimental studies on vacancy induced ferromagnetism in undoped TiO2
利用脉冲激光沉积法（PLD）在Si衬底上沉积了未掺杂的TiO2薄膜，并观察到了室温铁磁性。样品的铁磁性质取决于PLD合成过程中的氧分压。X射线光电子能谱学（XPS）分析结果表明，样品中氧1s核心峰出现了较高的结合能分量（HBEC），说明样品中存在氧空位。合成过程中氧的量决定了样品中的空位浓度，这与样品的磁行为直接相关。磁矩随样品中氧空位浓度的增加而减小。价带测量进行了研究的电子结构的化学计量和减少二氧化钛。分析表明，还原态TiO2样品在费米能级附近存在Ti 3d带。这些带在化学计量的TiO 2中是空的，并且位于导带中，这使得它们不能通过XPS观察到。在费米能级附近的Ti 3d带的存在可能导致带的Stoner分裂。
2007-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport under hydrostatic pressure and peculiar properties of the impurity energy spectrum in semiconductor arsenides of n-type: InAs, CdSnAs2, CdGeAs2 and GaAs
本文根据动力学系数随压力和温度变化的数据，研究了非掺杂砷化物InAs、GaAs、CdSnAs_2和CdGeAs_2的n型体晶体中空位的能谱。可以得出结论，深施主能级对应于这些半导体材料中砷的本征空位。定义了空位能级相对于电导带边的能级位置及其压力系数。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic and insulating behavior of LaCoO3 films grown on a (001) SrTiO3 substrate. A simple ionic picture explained ab initio
本文表明，氧空位实验观察到的薄膜的LaCoO 3受到拉伸应变是稳定的，根据从头计算。通过DFT计算，我们表明，6%数量级的氧空位形成垂直于（001）方向的链比化学计量溶液更稳定。这些导致磁性Co2+离子围绕铁磁耦合的空位。八面体环境中剩余的Co3+阳离子是非磁性的。导致铁磁绝缘相的间隙自然发生，我们提供了一个简单的离子图片来解释由此产生的电子结构。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Uncovering the Complex Behavior of Hydrogen in Cu2O"
在最近的一封信中，Scanlon和Watson报告了他们关于Cu 2 O中氢的第一原理结果。他们的主要结论是：（1）Cu 2 O中的间隙H优先占据四面体位置，该四面体位置与四个Cu阳离子配位，在所有三种电荷状态（+1、中性和-1）下;（2）H将与Cu空位结合并形成电活性H-VCu缺陷复合物，该复合物是两性的，分别在Ev + 0.1和Ev + 1.1 eV处具有（+/0）和（0/-）跃迁能级。然而，这两个结论与H在氧化物中的两个普遍观察到的行为相矛盾：（i）阳离子H通常与O原子结合，形成单一的O-H键，而阴离子H通常与多配位的阳离子结合;（ii）H通常钝化氧化物中的阳离子空位。在这篇评论中，我们明确地表明，与电荷状态+1，H更喜欢与一个单一的O阴离子，而不是与四个Cu阳离子结合，H-VCu不诱导任何缺陷的带隙内的水平。
2011-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Atomic models of non-stoichiometric layered diborides M$_{1-x}$B$_2$ (M = Mg, Al, Zr and Nb) from first principles
现在假设非化学计量金属二硼化物M $_{1-x}$ B $_2$的两种原子模型：（i）存在阳离子空位和（ii）存在位于阳离子空位位点的“超化学计量”硼。我们用广义梯度近似（GGA）的VASP-PAW方法对交换关联势进行了第一性原理总能量计算，揭示了M $_{1-x}$ B $_2$可能的稳定原子构型随M阳离子类型的变化趋势（M = Mg、Al、Zr或Nb）和缺陷的类型（金属空位与由单原子形式的“超化学计量”硼占据的金属空位，二聚体B $_2$或三聚体B $_3$）。此外，我们已经估计了这些非化学计量状态的稳定性（以镁-硼系统为例）取决于可能的合成路线，即通过固态反应方法，以及固体硼和Mg蒸气之间的反应;以及这些试剂之间的气相。结果表明，B $_2$和B $_3$等非化学计量态在金属位上可以稳定存在，而空位被单个硼原子占据是最不利的.
2008-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Ab initio study of magnetism at the TiO2/LaAlO3 interface
本文研究了在LaAlO $_3$上生长的未掺杂TiO_2薄膜中发现的意外磁性与TiO_2/LaAlO_3界面的电子结构和磁性结构之间的可能关系。我们专注于结构弛豫和界面氧空位所发挥的作用。LaAlO 3具有沿（001）方向的层状结构，具有交替的LaO和AlO 2平面，分别具有+1和-1的标称电荷。结果表明，在AlO_2表面层上会优先生长出具有层状结构的缺氧型TiO_2薄膜。因此，我们进行了从头计算的超晶格与TiO 2/Al O2界面与界面氧空位。我们的主要结果是，空位导致相邻的Ti原子的价态的变化，但不一定是一个磁性的解决方案，磁性的外观也取决于结构的细节，如第二邻居的位置。这些结果是使用LSDA和LSDA+U近似获得的。
2010-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Selective formation of apical oxygen vacancies in La$_{2-x}$Sr$_{x}$CuO$_{4}$
高- \tc \材料的超导性质是载流子浓度的函数，载流子浓度由包括杂价阳离子、间隙氧离子和氧空位的缺陷的浓度控制。在这里，我们结合低温热处理的La $_{2-x}$ Sr $_{x}$ CuO $_{4}$外延薄膜和共焦拉曼光谱控制和调查的氧空位。我们表明，顶端网站是最有利的位置，以适应低温退火条件下的氧空位。此外，我们表明，在高质量的薄膜过掺杂的La $_{2-x}$ Sr $_{x}$ CuO $_{4}$，氧空位强烈变形周围的铜离子的氧环境。这一观察结果与以前的缺陷化学研究是一致的，并要求进一步调查的缺陷诱导的性质在过掺杂制度的空穴掺杂铜酸镧。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Pronounced Site Preference in Cr-Doped Mn-Based M-Type Hexaferrites and Its Chemical Origins
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本研究以KSb3Mn9O19为模型，发现Cr3+在M型六方铁氧体中显著偏好Mn Kagome亚晶格，并通过晶体场、化学键和应变解释该选择性，为控制阳离子分布提供化学设计原则。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Competing Structures in (In,Ga)Se and (In,Ga)2Se3 Semiconductors
采用WIEN2k和VASP程序以及PBESol交换关联势公式，从第一性原理出发，计算了六方GaSe和InSe的四种多型体（β、γ、δ和β）的电子结构，旨在明确晶体学参数，并比较相应竞争结构的能量位置.进一步，对相同组分的不同组成的化合物，即有序空位体系Ga_2Se_3和In_2Se_3进行了类似的研究，报道了其中三种不同相的弛豫晶体结构数据。与引入阳离子空位的纤锌矿结构进行了比较，并讨论了弛豫模式。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Superexchange in Dilute Magnetic Dielectrics: Application to (Ti,Co)O_2
本文将稀磁半导体中的铁磁超交换模型推广到铁磁有序的高绝缘化合物（稀磁半导体）中。在阳离子亚晶格中掺杂过渡金属杂质的TiO_2薄膜中观察到了无自由载流子的本征铁磁性。我们假设铁磁有序是由于复合物[氧空位+磁性杂质]之间的超交换而产生的，复合物通过从空位到杂质的电荷转移而稳定。Hund规则通过空空位相关能级控制超交换，使得仅对于杂质磁矩的平行取向才成为可能。磁有序的逾渗阈值由空位能级的半径决定，但交换机制不需要自由载流子。非化学计量比在铁磁性形成中的关键作用使得居里温度对样品制备方法极其敏感。
2006-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Hysteretic "Magnetic-Transport-Structural" Transition in "114" Cobaltites: Size Mismatch Effect
本文用磁性、输运和差示扫描量热法研究了三个系列的“114”钴酸盐Y1-xYbxBaCo_4 O_7、Y1-xCaxBaCo_4 O_7和Yb_1-xCaxBaCo_4 O_7的三重“磁输运结构”转变随温度的变化。首次在三角晶格中显示了由于Ln位上的阳离子无序引起的尺寸失配σ2对这种转变的影响。我们发现，增加<rLn>具有显着增加TS的效果，而在Ln位置的尺寸失配σ2大幅降低TS。此外，在Ln位点的阳离子失配通过将未掺杂样品中所见的尖锐的一阶跃转变为一阶跃和二阶跃的混合来修改滞后跃变的性质。这些结果是根据高温形式相对于低温斜方晶形式（空间群：Pbn 21）表现出六方密堆积结构（空间群：P63 mc）的特殊性质进行讨论的，后者对应于前者的变形由于kagomé层的褶皱。
2010-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz-infrared dielectric properties of lead-aluminum double-cation substituted single-crystalline barium hexaferrite
六角铁氧体材料对于开发和制造在无线电和微波频率下工作的电子器件有很高的需求。鉴于其在未来太赫兹电子学中的应用前景，本文介绍了六角铁氧体家族的典型代表，掺铝的铅取代M型钡六角铁氧体Ba0.2Pb0.8AlxFe12-xO 19，x（Al）=0.0，3.0和3.3的太赫兹和红外介电响应。我们研究了独特的大而高质量的单晶。系统和详细的调查依赖太赫兹红外（频率8 - 8000 cm-1）复介电常数对温度（4 - 300 K）和化学组成（x（Al）=0.0，1.2，3.0，3.3，的探测辐射的电场E-矢量的垂直和平行于晶体学c-轴的极化。在红外太赫兹频率下发现了大量的共振吸收带，并将其归属于极性声子和Fe 2+（5E）离子精细结构基态的能级之间的跃迁。与未掺杂的BaFe_（12）O_（19）相比，没有观察到最低频率的A_（2u）声子的软化，表明取代化合物中的位移相变受到抑制.基于介电数据和详细的X射线实验，我们发现，对于所有浓度的Al ~（3+）离子，x（Al）=0.0，1.2，3.0，和3.3，它们主要占据2a和12 k八面体位置的位置，铁在四面体位置的取代度是不显著的。随着基本的发现，所获得的数据的宽带介电性能的Ba0.2Pb0.8AlxFe12-xO 19晶体提供的信息，可用于开发和制造的电子设备的工作频率位于太赫兹光谱带。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Influence of La and Mn vacancies on the electronic and magnetic properties of LaMnO$_{3}$ thin films grown by pulsed laser deposition
用脉冲激光沉积法在LSAT（001）衬底上生长了名义成分为LaMnO $_{3}$（LMO）的c轴取向薄膜。我们发现，取决于在生长过程中的氧背景压力，LMO膜含有相当数量的La和/或Mn空位，强烈影响其电子和磁性。具体而言，我们表明，Mn/La比可以系统地从0.92在0.11毫巴到1.09在0.30毫巴的氧气。这些阳离子空位导致显著不同的无序效应，一旦样品被完全氧化并因此被强空穴掺杂，这种无序效应就变得最明显。所有的生长和因此轻微缺氧的LMO膜是铁磁绝缘体，饱和磁矩超过2.5 μ $_{B}$/Mn离子，它们的传输和光学性质，可以理解的捕获铁磁极化子。在氧退火时，大多数La缺乏的薄膜发展出金属响应，具有甚至更大的铁磁饱和矩，每个Mn离子为3.8 μ $_{B}$。与此相反，在氧化Mn不足的膜的铁磁顺序几乎完全抑制到小于0.5 μ $_{B}$每Mn离子和运输保持绝缘体样。我们比较我们的结果与以前获得的散装样品，并提出了一个解释在更强的无序潜力的Mn空位相比，La空位。我们还讨论了LMO薄膜的生长具有明确的物理性质，例如，在多层膜中的界面效应的研究是一个先决条件的影响。
2014-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coupling of the Local Defect and Magnetic Structure of Wustite, Fe1-xO
局部的核和磁结构的浮氏体，Fe 1-xO，以及它们之间的耦合，已被检查使用反蒙特卡罗改进的变温中子总散射数据。从这个分析的结果表明，在一个四面体的缺陷集群中的各个单元连接<110>到一个Koch-Cohen-like的安排，与大多数的八面体空位集中在这些缺陷的矢量。键价计算表明，随着冷却时四面体骨架上的电荷增加，阳离子上的电荷分布发生了变化。磁结构比以前认为的更复杂，对应于一个非共线的自旋排列所描述的一个凝聚的自旋波的叠加上建立的II型反铁磁秩序。这导致具有四组阳离子的结构，每组阳离子具有不同的自旋方向。间隙簇内的阳离子似乎是弱铁磁耦合，它们的自旋与最接近它们的八面体阳离子的自旋相关。这项工作不仅提供了进一步的了解局部结构的浮氏体，但也更好地理解之间的耦合缺陷结构和磁性和电荷有序的复杂材料。
2013-10-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electron degeneracy and intrinsic magnetic properties of epitaxial Nb:SrTiO$_3$ thin-films controlled by defects
我们报告热电功率实验中的e掺杂薄膜SrTiO $_3$（STO），这表明，电子能带简并可以解除通过缺陷管理在生长过程中。我们发现，即使是少量的阳离子空位，结合外延应力，产生均匀的tetraorbic变形的薄膜，导致在低温下的Kondo样的电阻上升，大的各向异性磁阻，和非线性霍尔效应。从头计算确认了不同的占领，每个波段的四重态失真的程度而定。本文报道的四方畸变e掺杂STO薄膜的现象与LaAlO $_3$ /STO界面和磁性STO量子阱中观察到的现象相似。
2015-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Structure and Electronic Properties of Bulk and Thin Film Brownmillerite Oxides
由棕钙钛矿氧化物表现出的平衡结构和功能性质，棕钙钛矿氧化物是具有$B$ O $_6$八面体和$B$ O $_4$四面体的交替层的钙钛矿衍生结构家族，即，氧空位的有序排列取决于各种竞争晶体化学因素。我们使用电子结构计算解开复杂的相互作用在两个高铁酸盐，锶$_2$铁$_2$ O $_5$和钙$_2$铁$_2$ O $_5$，有关的平衡（无应变）和薄膜结构的稳定性，以前确定和新提出的描述符。我们发现，阳离子的大小和层内分离的四面体链提供了关键的贡献，首选的基态。我们表明，在一定的应变值范围内，高铁酸盐的体基态结构得到了保留;然而，四面体链的取向发生了变化，即，空位相对于衬底的垂直取向稳定在压缩区域中。应变下的结构稳定性主要取决于最大限度地提高从FeO $_4$四面体的旋转产生的“偶极子”的面内分离。最后，我们发现，电子带隙的强烈影响，应变，表现为一个意想不到的不对称空位对齐依赖的响应。这种原子理解为设计新型薄膜几何结构的功能电子材料建立了一条实用的路线。
2015-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Control of Magnetic Order in Spinel ZnFe$_2$O$_4$ Thin Films Through Intrinsic Defect Manipulation
我们提出了一个系统的研究的半导体ZnFe $_2$ O $_4$薄膜制备的脉冲激光沉积在低和高氧分压和退火在氧气和氩气气氛中，分别的磁性。通过在250 $^{\circ}$ C下退火膜来增强磁响应，并且在高于300 $^{\circ}$ C的退火温度下减弱磁响应。最初的增加是由于氩处理后形成的氧空位，明显的增加在$\sim$ 0.9 eV的低能量吸收涉及Fe $^{2+}$阳离子。减弱的磁响应是有关的下降，朝着一个正常的尖晶石配置的阳离子重新分配的混乱。结构重整化与涉及四面体（$\sim$ 3.5 eV）和八面体（$\sim$ 5.7 eV）配位Fe $^{3+}$阳离子的相应电子跃迁的振子强度的降低和增加一致。
2019-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impact of oxygen doping and oxidation state of iron on the electronic and magnetic properties of BaFeO$_{3-δ}
采用密度泛函方法，采用广义梯度近似和GGA+U方法研究了立方相钙钛矿BaFeO $_{3-δ}$（$0 \le δ\le 0.5$）的结构、电子和磁性.根据我们的计算，BaFeO $_3$在其化学计量立方结构中应该是半金属和强铁磁的，具有极高的居里温度（$T_C$）700 - 900 K。然而，$T_C$的这种估计与所有可用的实验不一致，这些实验报告BaFeO $_3$和未掺杂的BaFeO $_{3-δ}$膜的$T_C$在111 K和235 K之间变化，或者，在那里没有检测到铁磁顺序。拟合计算的x射线磁性圆二色光谱的实验功能看到的BaFeO $_3$，我们得出结论，在我们的模型中的氧空位的存在下，使一个很好的协议。因此，在BaFeO $_3$中测得的相对低的$T_C$可以通过材料中固有存在的氧空位来解释。由于O空位附近的铁物种将它们的氧化态从$4+$改变为$3+$，Fe $^{4+}$和Fe $^{3+}$之间的相互作用（其是反铁磁性的）削弱了系统中的有效磁相互作用（其主要是铁磁性的）。随着BaFeO $_{3-δ}$中$δ$的增加，其$T_C$减小到磁序变为反铁磁时的临界值。我们对BaFeO $_{3-δ}$的电子结构的计算说明了铁磁性是如何产生的，以及如何在远高于室温的温度下保持这种立方钙钛矿的强铁磁性。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci
RKKY interaction in heavily vacant graphene
干净石墨烯中的狄拉克电子可以介导两个局部磁矩之间的相互作用。原始石墨烯中RKKY相互作用的函数形式由两个主要特征指定：（i）由连接两个谷的波矢量$\vec Q$确定的原子尺度振荡部分。此外，掺杂的另一个较长范围的振荡出现，这是由于存在扩展的费米面，其特征在于由一个单一的动量尺度$k_F$。(ii)$R^α$在大距离上衰减，其中指数$α=-3$是二维未掺杂狄拉克海（具有线性色散关系）的明显特征。在这项工作中，我们研究了几个百分点的空位对上述性质的影响。取决于掺杂水平，如果化学势位于态密度的线性部分，则指数$α$保持接近-3。否则，$α$向更负的值减小，这意味着空位及其位置的随机性的组合效应使得介质的载流子更难介导磁相互作用。添加百分之几的空位减少了RKKY相互作用的原子尺度振荡，这表明母体石墨烯材料的双谷结构被破坏。令人惊讶的是，通过允许化学势变化，我们发现预期由空石墨烯中存在的$k_F$尺度引起的较长范围的振荡不存在。这可能表明通过将石墨烯与空位“合金化”而可能的非费米液体行为。在严重空缺的石墨烯中完全不存在振荡可以被认为是应用的优点，因为交换相互作用的均匀符号对于磁有序是期望的。
2013-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Annealing-Induced Magnetic Modulation in Co- and Y-doped CeO2: Insights from Experiments and DFT
本研究通过实验与DFT计算，探究不同退火环境对5%Co和Y掺杂CeO₂稀磁氧化物磁性能的影响，揭示氧空位与束缚磁极化子对室温铁磁性的调控作用，为优化DMOs磁性能提供新见解。
2025-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Ordering effect on the electrical properties of stoichiometric Ba$_{3}$CaNb$_{2}$O$_{9}$-based perovskite ceramics
阳离子排序是在基于A $_{3}$ B”$_{2}$ O $_{9}$的复合钙钛矿中检测到的最常见的过程。该体系的一些重要物理特征是由于B位在长、短程上的有序化。对于滤波器和谐振器等微波应用，1：2阶更合适。另外，氧空位和1：1有序度被认为是非化学计量比的A-$_{3}$ B' $_{1+x}$ B”$_{2-x}$ O $_{9-δ}$基陶瓷作为质子导体的良好性能背后的主要因素。然而，到目前为止，还没有关于B位有序在长范围内对化学计量体系的电学性质的孤立影响的报道。本文报道了1：1和1：2完全有序Ba $_{3}$ CaNb $_{2}$ O $_{9}$陶瓷的制备。在这里，我们结合拉曼散射和群论计算，以区分指纹的1：1和1：2的订单。有序Ba $_{3}$ CaNb $_{2}$ O $_{9}$的电性能进行了分析的电阻，恒相元件和电容器的并联组合的基础上的唯象模型。特别地，归因于晶粒的电导率弛豫是由于氧空位。此外，我们发现，1：1的顺序增加了直流电导率，但不足以解释良好的性能报告的非化学计量比的Ba $_{3}$ Ca $_{1+x}$ Nb $_{2-x}$ O $_{9-δ}$为基础的质子导体。
2017-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Tuneable magnetic behaviour, electronic structure and nitrogen vacancy formation in Gd$_{x}$Sm$_{1-x}$N
Robinson Research Institute, Victoria University of Wellington（惠灵顿维多利亚大学罗宾逊研究所）；MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology（麦克迪亚米德先进材料与纳米技术研究所）
本文结合计算与实验研究GdₓSm₁₋ₓN的电子和磁性能，发现阳离子取代可调控其磁性能与氮空位形成能，对超导自旋电子学具有重要意义。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-driven non-cubic local structure and magnetic anisotropy tailoring in Fe$_x$O-Fe$_{3-δ}$O$_4$ nanocrystals
与块体材料相比，纳米级晶体生长受到尺寸和形状相关性质的严重影响。然而，这是具有挑战性的破译化学计量，在混合价元素的领域，可以采取行动，以控制物理性质，特别是当复杂的键合是由结构缺陷的短期和长期有序牵连。在这里，溶液生长的氧化铁纳米晶体（NC）的试点方铁矿系统被发现转换成缺铁的岩盐和铁尖晶石子域，但达到一个令人惊讶的四方扭曲的局部结构。化学均匀的NC内的阳离子空位被描绘为参数来调整潜在的属性。这些晶格缺陷产生局部交换各向异性领域，加强纳米粒子的磁化强度，克服有限尺寸效应的影响。亚临界尺寸NC中的原子尺度缺陷控制的概念渴望成为一种途径，以获得定制的性能，并改善无缺陷NC的高温加热性能。
2020-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Anion vacancy driven magnetism in incipient ferroelectric SrTiO3 and KTaO3 nanoparticles
基于我们的分析结果[http：//arxiv.org/abs/1006.3670]，我们预测没有任何磁性离子的初始铁电体的未掺杂纳米颗粒（尺寸<10- 100 nm）甚至在室温下也可以变成铁磁性的，这是由于固有存在自旋S=1的新型磁性缺陷，即氧空位，其中磁性三重态是表面附近（磁性壳层）的基态，而磁性三重态是块体材料（磁性核）中的基态。随机分布的磁自旋（S=1）的考虑表明，初始铁电纳米颗粒的磁性强烈地依赖于尺寸和温度，这是由于它们的介电常数的尺寸和温度依赖性以及与介电常数成比例的有效玻尔半径。考虑了温度-粒子半径坐标系中的相图.特别地，对于小于临界半径的颗粒半径，一旦磁缺陷的浓度超过磁逾渗阈值，铁磁长程序出现在厚度为5 - 50 nm的壳区域中。从平均场论出发，在磁缺陷与热能交换能量相等的条件下，计算了临界半径。对于颗粒半径高于临界值，只有顺磁相是可能的。讨论了窄尺寸分布函数纳米粒子组装中超顺磁态出现的条件。
2010-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen deficiency and migration mediated electric polarization in Fe,Co-substituted SrTiO$_{3-δ}$
我们用密度泛函理论（DFT）计算表明，氧空位（$v_\mathrm{O}$）和迁移率在含$δ= \{0.125, 0.25\}$的SrTi $_{1-x-y}$ Fe $_{x}$ Co $_{y}$ O $_{3-δ}$（$x=y=0.125$）中引起非中心对称的极性结构，提高饱和磁化强度，并引起电极化的强度$\vertΔP\vert$的大的变化.基于（Co/Fe）- $v_\mathrm{O}$缺陷、磁性阳离子配位和拓扑空位无序之间的相互作用，提出了一套直观的SrTiFeCoO $_{3-δ}$（STFC）规则. STFC结构传递层状晶体，其具有线性组织的O $_{4,5,6}$ -配位的Fe-Co对的片，夹有O $_{5}$ -配位的Ti的层。Co，Fe-$v_\mathrm{O}$缺陷是晶体畸变、阳离子偏心和氧八面体弯曲的根源，这增加了由$v_\mathrm{O}$介导的电荷重新分布，阳离子电负性和价态触发有效的电极化的强度。由于$δ=0.125$结构之间的量子极化差异，$δ=0.125$的氧迁移为我们提供了$\vertΔ\mathbf{P}\vert$ $>\sim10 μ$ C/cm $^2$。增加$δ=0.25$的不足产生$\vertΔ\mathbf{P}\vert$，其在最差情况下$δ=0.25$的O-迁移分辨极化为$>\sim3 μ$ C/cm $^2$。$δ=0…
2021-12-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of oxygen vacancy on structural, electronic and magnetic properties of La-based oxide interfaces
无序，主要是在氧空位，阳离子化学计量和原子相互扩散的形式，似乎在氧化物异质界面处的金属电子液体的电子和输运性质中起着至关重要的作用。在这一背景下，反犹太主义障碍也被认为是一个关键因素。为了阐明氧空位和反位无序这两个关键因素的作用，我们采用密度泛函理论研究了氧空位对两种镧系过渡金属氧化物界面反位无序的影响.发现氧空位在某些异质结构中抑制反位无序，从而稳定有序结构，而在另一些系统中，氧空位倾向于驱动无序。因此，通过控制生长过程中的氧分压，可以在许多氧化物异质结构中设计反位无序。
2017-10-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Water, vacancies, and competing exchange interactions in Prussian blue analogues: a neutron diffraction study of field and dehydration-driven magnetic transitions
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Laboratoire de Physique des Solides（固体物理实验室）；Synchrotron SOLEIL（Soleil 同步辐射中心）；Institut Néel（内耳研究所）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Institut Laue-Langevin（朗之万-劳厄研究所）；ICMMO（无机化学、分子材料和有机材料研究所）；Institut universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
通过中子衍射研究多种普鲁士蓝类似物，发现水含量和空位调控其结构与磁性，并揭示了MnFe在磁场或脱水下的磁转变机制。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
