Electron localization in pure and defective ceria by a unified LDA+U approach
采用统一的LDA+U方法研究了纯氧化铈和有缺陷氧化铈的电子和结构性质,该方法可以在不考虑任何{ \it先验}假设的情况下,在相同的基础上处理不同化学计量比的Ce的不同价态。该方法正确地预测了14 Ce和13 Ce体相的原子和电子结构,以及还原材料\xce中的细微缺陷化学,其控制铈基氧化物的储氧功能。能量分析突出了LDA+U方法的局限性,并提出了可能的扩展。
2003-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Interface Effects on the Ionic Conductivity of Doped Ceria / Yttria-stabilized Zirconia Heterostructures
在(001)取向的MgO单晶衬底上制备了高结晶质量的Ce0.85Sm0.15O2-δ和Y0.16Zr0.92O2-δ多层异质结构。保持异质结构的总厚度恒定,增加氧化铈-氧化锆双层的数量,同时减小每层的厚度。在每个界面处,发现Ce主要处于从界面延伸约2nm的层中的还原的3+氧化态。同时,电导率随着层的厚度减小而降低,这表明沿着YSZ层的电荷传输的渐进限制。面内电特性的比较分析表明,这些界面区域的总电导率的贡献可以忽略不计。对于2nm的最小层厚度,掺杂的二氧化铈层是电绝缘的,并且离子传输仅通过氧化锆层发生。这是解释在高度还原的二氧化铈中的氧空位的流动性降低。
2019-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Localized versus itinerant states created by multiple oxygen vacancies in SrTiO3
钛酸锶(SrTiO 3)表面的氧空位与具有独特行为的二维电子气的存在有关。我们进行了详细的密度泛函理论研究的晶格和电子结构的SrTiO 3板坯与多个氧空位,主要集中在两个空位附近的二氧化钛终止SrTiO 3表面。根据总能量,我们得出结论,这两个空位优选地占据前两层,即它们垂直地聚集,而在平行于表面的方向上,空位显示出等间距的弱趋势。电子结构的分析表明,表面TiO2层中的氧缺陷导致Ti t2g态的布居,从而由氧空位捐赠的电子的巡回。与此相反,电子从表面下的氧空位填充Ti eg状态,并保持本地化的两个Ti离子相邻的空位。我们发现,氧空位附近杂化的Ti 3eg和4 p态构成的束缚氧空位态的形成,以及抽氧后的弹性形变都有助于带内态的稳定.
2014-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Influence of strain and oxygen vacancies on the magnetoelectric properties of multiferroic bismuth ferrite
采用第一性原理密度泛函理论计算了多铁性材料BiFeO 3的铁电极化和弱铁磁磁化强度与应变和氧空位的关系。发现电极化的强度与应变相当无关,与大多数常规钙钛矿铁电体形成鲜明对比。它也不受氧空位或应变和氧空位的组合存在的显著影响。磁化强度也不受应变的影响,然而氧空位的掺入可以轻微地改变磁化强度,并且还导致Fe^{2+}的形成。这些结果进行了讨论,根据最近的实验BiFeO_3的外延膜,报告了一个强烈的厚度依赖性的磁化强度和极化。
2005-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Controlled manipulation of oxygen vacancies using nanoscale flexoelectricity
氧空位,特别是它们的分布,直接耦合到氧化物的电磁性质和相关的新兴功能,在器件应用中有意义。在这里,使用同质外延钛酸锶薄膜,我们展示了一个控制操纵的氧空位分布使用的机械力从扫描探针显微镜针尖。通过结合开尔文探针力显微镜成像和相场模拟,我们表明,氧空位可以在应力梯度诱导的去极化场下移动。当定制时,这种纳米级挠曲电效应能够实现受控的空间调制。在运动中,扫描探针尖端由此确定性地重新配置空位的空间分布。按需局部操纵氧空位的能力为探索介观量子现象和设计多功能氧化物器件提供了工具。
2017-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A polaron cloud of correlated electron states in ceria
本文采用从头算单电子理论和多体物理相结合的方法研究了氧化铈的电子结构,重点研究了铈离子4f电子层的性质。我们建议使用的杂交功能作为一个方便的措施,该材料的4f壳的本地化程度,并观察到,改变氧化态的4f壳和配体状态之间的杂交的明显变化。该理论揭示了CeO $_2$具有基本上巡回的4f态,并且在氧化铈的最少氧化形式Ce $_2$ O $_3$中,4f态几乎(但不是完全)局域化。最重要的是,我们的模型指出,在氧化铈中的氧空位的扩散可以被看作是极化子跳跃,涉及相关的4f电子云,这是主要位于周围的空位的原子壳的Ce离子。
2018-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Role of oxygen vacancies in Cr-doped SrTiO3 for resistance-change memory
展现出高电阻状态的过渡金属氧化物对于非易失性存储器应用是有吸引力的。以Cr掺杂的SrTiO 3为例,采用X射线荧光、红外显微镜和X射线吸收光谱研究了氧空位(VO)与电阻变化存储器的相关性。我们建议,在这类材料中的电阻切换的微观起源是由于发生在靠近电极之一的氧空位漂移。
2007-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Adsorption and dissociation of H$_{2}$O monomer on ceria(111): Density functional theory calculations
采用密度泛函理论+ \emph{U}方法和\textit{ab initio}分子动力学模拟,研究了低覆盖度下H-\textit{ab initio}分子在化学计量和还原(表面氧空位)CeO 2(1111)表面的吸附性质.我们确定了这两种表面上最稳定的吸附构型,它们在水分子和氧化物表面之间形成两个氢键。电子结构表明,水分子轨道和表面层O-2 \emph{p}态的杂化主导了吸附质与底物之间的相互作用。水在化学计量表面上扩散的势垒为0.51 eV,这意味着水的惰性,除非达到600 K的高温,这是由分子动力学模拟证实的。对于还原表面,我们发现氧空位明显地增强了相互作用。此外,它有利于水解离成H和OH物质,形成羟基表面,而不是氧化还原的表面,产生氢气。此外,低温100 K下的分子动力学模拟证实了该解离过程.
2012-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies in vanadium dioxide: A DFT$+V$ study
本文利用DFT+V方法研究氧空位对VO₂金属-绝缘体转变的影响,发现氧空位虽未破坏M1相二聚化,但通过类刚带掺杂使导带部分填充,导致M1相变为金属性。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A DFT+U study of the segregation of Pt to the CeO$_{2-x}$ $\Sigma3[1\bar10]/(111)$ grain boundary
晶界可以作为溶质原子和缺陷的陷阱,偏析体和晶界之间的相互作用对于理解纳米晶材料的性质至关重要。在这项研究中,我们系统地研究了Pt的倾向,以及Pt和氧空位之间的相互作用,在氧化铈(CeO 2)的σ 3/(111)GB。Pt原子向σ 3/(111)GB的偏聚倾向强于向(111)和(110)独立面的偏聚倾向,但弱于向(100)独立面的偏聚倾向。机械贡献(晶格畸变)在Pt偏析的强烈趋势中起主导作用。在Pt偏析的GB(Pt@GB)中,氧空位倾向于在GB区域中的Pt附近自发形成。然而,在原始GB(没有Pt和没有空位),氧空位形成仅在O-穷人的条件下。因此,Pt偏析到GB促进氧空位的形成,并且它们的强相互作用增强界面结合力。我们建议,GBs制造接近纳米晶氧化铈的表面可以捕获Pt从散装或其他类型的表面,导致在氧化还原反应下,特别是在O-贫条件下的表面上的Pt的积累的抑制。
2017-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomic origin for hydrogenation promoted bulk oxygen vacancies removal in vanadium dioxide
氧空位(VO)是金属氧化物材料中常见的一种点缺陷,对材料的物理和化学性能有重要影响。为了获得化学计量的氧化物晶体,预先存在的VO总是通过在空气或氧气气氛中的高温下仔细的后退火处理来去除。但是,由于VO迁移的高能垒,退火条件难以控制,抑制了体相VO的去除。本文以VO 2-δ晶体薄膜为模型体系,采用可控氢掺杂辅助的交替退火处理方法,实现了在较低温度下有效去除VO 2-δ晶体中VO缺陷。这是由于氢化加速了VO 2-δ晶体中氧空位的恢复。理论计算表明,H掺杂诱导的电子容易在VO 2-δ薄膜中的氧缺陷周围聚集,这有利于VO的扩散,从而使其更容易被去除。该方法有望应用于其他金属氧化物的氧相关的点缺陷控制。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Carbon dioxide adsorption and activation on Ceria (110): A density functional theory study
二氧化铈(CeO 2)是一种很有前途的催化剂,用于将二氧化碳(CO2)还原为液体燃料和商品化学品,部分原因是其高储氧能力,但在CeO 2表面上CO2吸附和初始活化的基本原理仍然很大程度上未知。我们使用密度泛函理论,现场库仑相互作用(DFT+U)校正,探索化学计量和还原CeO 2(110)的各种吸附位点和配置的CO2。我们的模型还原CeO 2(110)包含在最高原子层的氧空位,并在引入这些空位后进行表面重建。我们发现CO2在还原CeO 2(110)上的吸附比在化学计量CeO 2(110)上的相应吸附更有利。最稳定的吸附构型由平行于还原的CeO 2(110)表面吸附的CO2组成,分子位于氧空位附近。在吸附时也观察到CO2分子的结构变化,因此得到的O-C-O角为136.9度,C-O键的长度分别为1.198埃和1.311埃。该分子弯曲出平面,形成单齿碳酸盐,而不是由其他研究人员发现的CO吸附到化学计量的CeO 2的双齿碳酸盐。我们推断,电荷转移从还原的表面Ce 3+离子的吸附质,形成碳酸根阴离子的活化和还原过程中的第一步和裂解的C-O键。
2012-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
The interplay of electronic reconstructions, lattice distortions, and surface oxygen vacancies in insulator-metal transition of LaAlO$_{3}$/SrTiO$_{3}$
LaAlO $_{3}$在SrTiO $_{3}$上的界面导电性及其绝缘体-金属转变的机制仍存在争议。在这里,使用密度泛函理论计算,我们建立了一个全面的和连贯的图片,电子重构,晶格畸变,和表面氧空位的相互作用完全补偿的极化电位发散在LaAlO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$,自然地解释在不同条件下的实验观察。虽然晶格畸变和LaO和AlO $_2$亚层之间的电荷重新分布在绝缘状态中起主导作用,但在LaAlO $_{3}$表面每个AlO $_{2}$亚层上自发出现1/4的氧空位,并伴随着0.5 $e^{-}$电荷转移到界面中,这是导致界面电导和LaAlO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$中不连续转变的原因。模型还解释了不同生长条件下制备的LaAlO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$的性质。
2015-07-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dominant role of oxygen vacancies in electrical properties of unannealed LaAlO3/SrTiO3 interfaces
在未退火的LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)异质结构中,二维电子气出现的临界厚度可以小于4个晶胞(uc),即使对于具有混合终端的STO衬底,界面也是导电的,并且具有厚LAO层的LAO/STO异质结构的低温电阻上升强烈地依赖于激光能量密度。我们的实验结果提供了基本的见解所发挥的不同作用的氧空位和极化突变的二维电子气在晶体LAO/STO异质结构。
2014-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen vacancies and hydrogen doping in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures: electronic properties and impact on surface and interface reconstruction
采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法,研究了LaAlO 3、SrTiO 3和LaAlO 3/SrTiO 3异质结表面和内部的氧空位和氢掺杂对电子性质的影响.取决于浓度,这些缺陷在LaAlO 3平板中的存在可以抑制表面导电性。相反,在绝缘SrTiO 3板中,已经非常小浓度的氧空位或氢掺杂剂原子引起导带的有限占据。在具有三层LaAlO 3覆盖层的绝缘LaAlO 3/SrTiO 3异质结构平板中,表面缺陷导致界面电导的出现。计算出的缺陷形成能揭示了强烈的偏好氢掺杂剂原子的表面网站的所有结构和浓度考虑。强烈的氢吸附原子的缺陷形成能的降低,随着厚度的增加的LaAlO 3覆盖层和交叉从正值到负值,与氢吸附原子诱导的金属导电性一起,无缝地解释了观察到的这些异质结作为覆盖层厚度的函数的超导体-金属过渡。此外,我们表明,潜在的下降和随之而来的移动(层解析)带边被抑制的金属配置。最后,在界面处形成原子级薄磁性层的具有稳定局部磁矩的磁性由表面或界面处的氧空位或由埋在界面处的氢原子产生。特别是,在TiO 2界面层中的氧空位引起的3d e_g状态的Ti原子相邻的空位,引起强烈的本地化的磁矩,这增加了二维背景磁化的急剧下移。
2019-04-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Spin-texture induced by oxygen vacancies in Strontium perovskites (001) surfaces: A theoretical comparison between SrTiO3 and SrHfO3
用第一性原理计算研究了SrTiO 3和SrHfO 3(001)表面氧空位的电子结构.我们揭示了如何在SrTiO 3表面的第一原子层内的氧空位(i)诱导一个大的反铁畸变运动的氧八面体在表面,(ii)驱动本地化的磁矩的Ti-3d轨道接近的空缺和(iii)形成一个二维的电子气本地化的第一层。该系统的自旋织构的分析表现出分裂的能带根据塞曼相互作用,降低的Ti-3dxy的水平相比,dxz和dyz,也是一个面内旋进的自旋。在400 K时,基态和从头算分子动力学轨道都没有Rashba分裂。F. Santander-Syro et al. [1].相反,当Ti原子被具有大得多的自旋-轨道相互作用的较重的Hf原子取代时,观察到相当大的Rashba样分裂。然而,我们观察到的磁性和表面的二维电子气的消失时,进行充分的结构优化的SrHfO 3表面。我们的研究结果揭示了敏感的自旋轨道耦合,原子弛豫和磁性的相互作用时,调整这些锶基钙钛矿。
2015-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interface exchange processes in LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ induced by oxygen vacancies
理解氧化物异质结构中缺陷的作用对于未来的材料控制和功能化至关重要。因此,我们研究了不同浓度的氧空位(OVs)的影响在LaAlO $_3$/SrTiO $_3$界面的轨道和自旋交换的第一性原理多体理论和实空间模型哈密顿技术。Hubbard $U$和Hund的耦合$J_{\rm H}$的OV诱导的关联态之间的复杂的相互作用被证明。轨道极化对一个有效的$e_g$状态与主要的本地反铁磁对齐的Ti网站附近的OV与$t_{2g}(xy)$状态的铁磁倾向的缺陷的区域进行对比。不同的磁相被确定,从而引起不同的净矩行为在低和高OV浓度。这为利用氧化物界面的缺陷调控实现磁性定制提供了理论基础。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen vacancies in bulk and at neutral domain walls in hexagonal YMnO$_3$
本文采用密度泛函方法研究了体相六方晶系YMnO $_3$中氧空位的容纳和迁移,以及中性铁电畴壁与氧空位之间的相互作用。计算结果表明,体相YMnO $_3$中的氧空位在Mn-O层中比在Y-O层中更稳定.与钙钛矿中的氧空位以及先前报道的h-YMnO $_3$中的氧空位的值相比,平面氧空位的迁移势垒高。计算的极化随空位浓度线性下降,而面外晶格参数扩大与以前的实验一致。与铁电钙钛矿相比,氧空位被发现是更稳定的散装比在畴壁。氧空位从中性畴壁分离的趋势被解释为不利的Y-O键长所造成的局部应变场在畴壁。
2018-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Nature of electrons from oxygen vacancies and polar catastrophe at LaAlO3/SrTiO3 interfaces
量子电导率修正和电子的磁性在理解LaAlO 3/SrTiO 3界面二维电子气的低温电阻率极小值和负磁阻效应中的相对重要性自发现以来一直是一个悬而未决的问题。在这里,我们报告了一个比较磁输运研究非晶和氧退火结晶LaAlO 3/SrTiO 3异质结构在一个相对较高的温度范围内,其中的轨道散射在很大程度上抑制了热波动。尽管主要是负的面外磁阻效应,磁输运是各向同性的非晶LaAlO 3/SrTiO 3,而强烈的各向异性,以及退火结晶LaAlO 3/SrTiO 3落入一个二维量子校正框架。这些结果清楚地表明,来自氧空位的大部分电子在低温下被定位为磁性中心,而来自极场的电子由于在干净极限中时间反演的电子路径之间的建设性干涉而仅被弱地定位,并且没有可见的磁性特征。
2021-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The role of transition metal impurities and oxygen vacancies in the formation of ferromagnetism in Co-doped TiO2
采用LSDA+U方法研究了过渡金属杂质和氧空位在Co掺杂TiO 2铁磁性形成过程中的作用,该方法考虑了电子结构计算中的强准库仑关联。考虑了几种模型体系,如高自旋态Co ~(2+)离子取代的金红石型TiO_2超晶胞和氧空位。我们发现Co磁性离子的交换作用是铁磁性的,但由于平均杂质-杂质距离很大,交换作用很弱。然而,当附近存在磁空位时,其强度会增强三倍。Co ~(2+)的磁矩为3μ B,空位的磁矩为1μ B,且方向相反。我们的研究表明,Co和空位矩的交换相互作用能在330 - 40 meV之间变化,取决于它们之间的距离在超晶胞。我们认为Co与空位矩之间的强相互作用可以解释Co掺杂TiO 2的高居里温度。
2006-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The role of oxygen vacancies in SrTiO3 at the LaAlO3/SrTiO3 interface
钛酸锶(SrTiO 3)是一种广泛应用于电子氧化物薄膜器件的衬底材料,具有许多令人感兴趣的特性。在与类似的氧化物材料LaAlO 3的组合中,它最近受到了极大的关注。结果表明,在SrTiO 3和LaAlO 3之间的界面处形成二维电子气,导致高的电导率和迁移率。在这份报告中,我们证明了这些异质结构的输运性质是非常敏感的薄膜生长过程中的沉积参数。使用阴极和光致发光的研究结合电输运性能和微观结构的测量,我们表明,在LaAlO 3/SrTiO 3界面处观察到的电子性质可以解释由氧还原SrTiO 3。此外,我们表明,氧可以被推入和推出的样品,但重新氧化的最初氧耗尽LaAlO 3/SrTiO 3异质结构的存在下,部分地防止了薄膜。
2006-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen vacancies at the origin of pinned moments in oxide interfaces: the example of tetragonal CuO/SrTiO$_3$
获得一个准确的理论描述的涌现现象在氧化物异质结构是一个重大的挑战。最近,通过X射线磁性圆二色性测量,在四元CuO/SrTiO $_3$异质结构的Cu $L_{2,3}$ -边发现了有趣的顺磁自旋和钉扎轨道矩.使用第一性原理计算,我们提出了一个方案,解释了这两种类型的时刻,基于在TiO $_2$界面层中形成的氧空位。我们表明,在界面CuO层中出现了顺磁2D电子气。它在Ti $L_{2,3}$边缘是不可见的,因为Ti原子的价态保持不变。强烈的结构扭曲打破了本地和全球的四重旋转$C_4$对称性在界面导致面内钉扎的Cu轨道时刻接近的空缺。我们的研究结果,特别是钉扎的轨道矩,可能会影响其他系统,特别是一氧化物/二氧化物界面类似的金属-氧键长和弱自旋轨道耦合。
2022-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic properties of bilayer Sr$_3$Ir$_2$O$_7$: role of epitaxial strain and oxygen vacancies
用{ \it ab initio}方法研究了SrIridates Ruddlesden-Popper系列SrPDMATHABMO Ir $_{m}$ O $_{3m+1}$,双层结构SrPDMATHABMR Ir $_2$ O $_7$的磁性随外延应变和氧空位的变化.与单层化合物Sr $_2$ IrO $_4$不同,其表现出稳健的面内磁序,Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$中的面内和面外磁序之间的能量差小得多,并且预计小的外部扰动可以诱导磁跃迁。我们的研究结果表明,外延应变产生的自旋翻转转变,这是由之间的交叉层$J_1$和层间$J_2$磁交换相互作用压缩应变。$J_1$对应变效应基本上不敏感,而$J_2$的强度在拉伸应变$\geq$ 3~ 1%时变化一个数量级。此外,我们的研究澄清了不寻常的平面内观察到的磁响应在Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$的应用程序时的外部磁场源于由于氧空位,倾斜的八面体网络的局部磁矩的倾斜-从而允许非共线的自旋配置。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Variation of magnetic properties of Sr$_2$FeMoO$_6$ due to oxygen vacancies
氧空位对于改善或恶化氧化物材料的物理性质可能是极其重要的。本文从第一性原理出发,研究了双钙钛矿结构Sr $_2$ FeMoO $_6$(SFMO)中氧空位的电磁性质。结果表明,在SFMO中,氧空位虽然使总磁矩降低,但仍能提高居里温度。我们还发现,实验观察到的价态变化的Fe离子从$3+$的$2+$在X射线磁性圆二色性(XMCD)测量是更好地解释了氧空位比假设的混合价态。计算的X-射线吸收光谱和XMCD结果与实验数据的协议是相当大的改善列入氧空位。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Chiral magnetism and ordering of oxygen vacancies in SrTiO$_{2.5}$
本研究针对SrTiO$_3$中氧空位诱导奇异量子态的问题,通过密度泛函与动力学平均场理论计算,发现富空位SrTiO$_{2.5}$中TiO$_5$五面体的手性有序排列会伴随室温(111)方向净磁矩的手性磁态,可解释相关实验现象。
2023-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Theoretical analysis of oxygen vacancies in layered sodium cobaltate Na_xCoO_{2-δ}
高钠含量的钴酸钠是一种很有前途的热电材料。最近有报道说,氧空位可以改变材料的性能,降低其品质因数。然而,关于氧化学计量的实验数据是矛盾的。因此,我们用第一性原理计算研究了Na_xCoO_2中氧空位的形成,重点是x = 0.75。我们表明,在与应用相关的温度和分压下,预计氧空位浓度非常低。
2012-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Stability and diffusion of oxygen vacancies in LaNiO$_3$: a DMFT study
West Virginia University(西弗吉尼亚大学);University of Illinois at Chicago(伊利诺伊大学芝加哥分校)
本文利用DMFT研究LaNiO$_3$中氧空位对金属-绝缘体转变的影响,揭示了量子涨落对能垒高度的影响。
2022-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Inevitable high density of oxygen vacancies on the surface of LaAlO3/SrTiO3 heterostructures
采用密度泛函理论(DFT)计算方法,采用HSE 06杂化泛函,精确计算了LaAlO 3/SrTiO 3(LAO/STO)异质结中本征掺杂的临界厚度.计算出的6个单胞层的临界厚度排除了本征掺杂机制。我们还计算了在不同的LAO厚度,制备氧的压力和温度下,通过使用化学平衡条件和DFT计算的LAO表面上的氧空位的密度。我们发现,当LAO厚度>=3 μ c时,即使样品在高氧压下生长,LAO/STO异质结构的LAO表面也不可避免地存在高密度(~ 10^14 cm^-2)氧空位。通过释放LAO膜中的静电能来稳定氧空位。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Polarity-induced oxygen vacancies at LaAlO3|SrTiO3 interfaces
利用第一性原理密度泛函理论计算发现,LaAlO 3中氧空位的形成能与位置和厚度有很强的依赖关系|钛酸锶(LAO| STO)多层膜,并解释这与分析电容器模型。氧空位优先在p型SrO处形成|AlO 2而不是n型LaO| TiO 2界面;由氧空位引入的过量电子通过移动到n型界面来降低其能量。这种不对称行为对n型(p型)界面的导电(绝缘)性质做出了重要贡献,同时为未能以核心能级位移的形式检测到极性灾难的证据提供了自然的解释。
2010-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of the two-dimensional metallic state at the surface of SrTiO3: importance of oxygen vacancies
受最近角分辨光电子能谱(ARPES)在SrTiO 3的(001)真空解理表面处观察到高度金属二维电子气(2DEG)以及随后关于氧空位对于这种状态出现的可能作用的讨论(参考文献1)的启发,采用密度泛函理论(DFT)对不同氧含量的SrTiO_3表面片层的电子结构进行了分析。我们发现一个显着的表面重建后,引入氧空位,我们表明,从表面局部氧空位产生的电荷-独立的氧浓度-重新分布在表面区域,并在几个层内迅速耗尽从表面表明形成的2DEG。我们讨论了从这些观察中出现的基本模型。
2012-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Roles of oxygen vacancies on ferromagnetism in Ni doped In2O3: A hybrid functional study
采用基于杂化泛函理论的第一性原理计算研究了氧空位对Ni掺杂In $_2$ O $_3$电子和磁性的影响.结果表明,Ni掺杂的In $_2$ O $_3$体系具有铁磁半导体特性。然而,氧空位的存在下,在相邻的Ni对之间的反铁磁耦合的氧空位桥接。反铁磁耦合被认为是由于强烈的Ni 3d-O 2 p杂化的超交换的主导作用。因此,氧空位在Ni:In $_2$ O $_3$多晶样品的较低饱和磁化强度中起关键作用,如在实验中观察到的。
2013-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Deformation-induced charge redistribution in Ceria thin film at room temperature
通过金属氧化物的应变工程调整电子特性是理解能量存储和转换装置中的电化学和催化反应的重要一步。传统上,应变工程研究的重点是氧离子在高温(500 °C及以上)下的运动,通过引入混合的电子和离子导电性使电学性质复杂化。在这项研究中,我们证明了室温下的电荷重新分配的CeO 2薄膜作为一个局部区域的机械变形的相变的结果。CeO 2薄膜在室温下的机械压痕导致不可逆变形。导电针尖原子力显微镜(C-AFM)分析表明,通过CeO 2薄膜的局部变形区域的电流增加。电子能量损失谱(EELS)分析配备了透射电子显微镜(TEM)表明,在变形区域中的电流对比度的增加来自于Ce 3+离子浓度的增加。基于分子动力学(MD)模拟和第一性原理密度泛函理论(DFT)计算的原子尺度计算工作,我们讨论了变形区域中Ce 3+离子量增加的根本原因。塑性形变诱导立方萤石CeO 2相变为新形成的T-CeO 2结构。这种相变主要通过氧离子移动靠近铈离子以释放CeO 2薄膜中吸收的机械能,随后电荷从初始CeO 2重新分布到新产生的T-CeO 2结构而发生。
2020-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies in strained SrTiO$_{3}$ thin films: formation enthalpy and manipulation
本文报道了电子掺杂SrTiO $_{3}$薄膜在不同外延应力下氧空位形成的焓。我们表明,无论是压缩和拉伸应变降低这个能量在一个非常相似的速度,并促进稳定的双电离氧空位的形成。此外,我们还表明,在典型的生长条件下引入的无意阳离子空位,产生TiO $_6$八面体的特征旋转模式。氧空位的局部浓度可以通过具有AFM针尖的电场来调制,不仅改变局部电势,而且产生非易失性机械响应,其符号(上/下)可以通过电场反转。
2017-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Effect of strain and oxygen vacancies on the structure of 180^o ferroelectric domain walls in PbTiO_3
本文研究了法向应变、切向应变和氧空位对PbTiO_3中180 °铁电畴壁结构的影响。已知氧空位移动到畴壁并钉扎它们。因此,我们假设在PbTiO_3中的Pb中心和Ti中心畴壁上的氧空位都是周期性排列的。我们使用一个半解析的非谐晶格静力学方法获得松弛配置使用壳势。在最近的从头计算的协议,我们观察到,铅为中心的畴壁与氧空位是不稳定的,即使在应变。我们对PbTiO_3的半解析计算表明,氧空位对180 °畴壁的结构有显著影响,但对畴壁的厚度影响不大,它使畴壁加宽了约50%。我们还研究了正应变和剪应变对180 °畴壁的影响。我们观察到,正常和剪切应变影响的结构,但不改变畴壁厚度。
2010-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies induced ferroelectricity in relaxors with ABO3 structure
在Landau-Ginzburg-Devonshire唯象理论框架下考虑了氧空位对钙钛矿结构弛豫体的影响。弛豫子的理论适用性是基于它们中存在一些隐藏的软声子极模,并且在负温度TC* 下其频率可能为零。主要关注的是PZN-PLZT弛豫体0.3Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_(3 -0.7)(Pb_(0.96)La_(0.04)(Zr_xTi_(1-x))_(0.99)O_(3-x))(x = 0.52),在此之前进行了氧空位对极性性质影响的实验研究,并获得了氧空位诱导铁电性的证据。由于已知氧空位是弹性偶极子,它们由于Vegard和挠曲电耦合而影响弹性和电场。在自由能泛函中考虑了空位的弹性和电致伸缩贡献。利用空位浓度分布函数计算了空位对极性的影响。结果表明,负居里温度的弛豫TC* 是重整化的弹性偶极子由于电致伸缩耦合,并可以成为积极的在一些足够大的浓度的空位。我们计算了局部极化和电场诱导的挠曲化学耦合依赖于氧空位的浓度。由于空位浓度分布的不均匀性,铁电相和弛豫态可以共存。
2018-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in a TiO2/LaAlO3 heterostructure: an ab initio study about the role of oxygen vacancies
在这项工作中,我们研究的电子结构和磁性的TiO 2薄膜生长在另一个非磁性氧化物,如LaAlO 3(001)衬底,集中在结构弛豫和氧空位所发挥的作用。利用密度泛函理论从头计算方法,我们研究了LaAlO_3的自支撑薄膜以及与LaO或AlO_2平面的界面,着重于磁溶液的可能性。结果表明,当界面上没有氧空位时,LaO/TiO_2界面比AlO_2/TiO_2界面更易发生光致发光,而当界面上有氧空位时,则相反。在这两种情况下,内聚能是相同的数量级,但只有AlO 2/TiO 2界面呈现出稳定的磁性解决方案。
2008-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies at titanate interfaces: two-dimensional magnetism and orbital reconstruction
我们发现,在钛酸盐界面处的氧空位诱导复杂的多轨道重构,其中包括降低局部对称性和反转的t2g和eg轨道导致相邻的O空位的Ti原子的eg轨道的占领。的轨道重建强烈依赖于O空位的集群,并可以伴随着磁分裂的本地EG轨道与叶指向的空缺和接口dxy轨道之间。重建产生的二维界面磁状态没有观察到散装SrTiO 3。利用广义梯度近似(LSDA)与原子内库仑排斥(GGA+U),我们发现这种磁状态是常见的钛酸盐表面和界面。
2012-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning of the carrier localization, magnetic and thermoelectric properties in ultrathin (LaNiO$_{3-δ}$)$_1$/(LaAlO$_{3}$)$_1$(001) superlattices by oxygen vacancies
本文通过DFT+U和玻尔兹曼输运理论揭示氧空位可精细调控超薄镍酸盐超晶格的电子局域、磁序和热电性能,并在δ=0.5时获得稳健n型面内功率因子。
2023-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Density functional study of oxygen vacancies at the SnO2 surface and subsurface sites
在密度泛函理论的框架下,用全电子高斯和赝势平面波方法研究了SnO_2(110)和(101)表面和亚表面的氧空位.用B3LYP交换相关泛函进行了全电子计算,得到了能隙和态密度的精确估计。我们发现,体氧空位是负责的外观完全占据平面能级躺在约1 eV以上的顶部价带,和空的水平与导带共振。表面氧空位强烈地改变表面能带结构,带隙内态的出现覆盖了大部分禁能窗,或者仅覆盖其中的一小部分,这取决于从表面的空位深度。氧空位也可以解释相对于化学计量表面的电子亲和力变化。一个显着的支持,目前的结果被发现通过比较它们与现有的实验数据。
2008-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Conductance Probing of Oxygen Vacancies in SrTiO3 Epitaxial Thin Film Using Graphene
研究了外延SrTiO 3(STO)薄膜上单层石墨烯的量子霍尔电导,以了解氧空位在决定STO介电性能中的作用。随着栅极电压扫描范围在我们的设备中逐渐增加,我们观察到从石墨烯中的滞后电导行为证明的氧空位的系统生成和湮灭。此外,基于实验观察到的有效电容和电压扫描范围之间的线性标度关系,一个简单的模型被构造来体现STO与氧空位的介电性能之间的关系。石墨烯中固有的量子霍尔电导可以被认为是一种灵敏、稳健和非侵入性的探针,用于理解复杂过渡金属氧化物中的电子和离子现象,而不会损害下面的氧化物层。
2017-05-16 cond-mat.mtrl-sci
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
How the aggregation of oxygen vacancies in rutile based TiO$_{2-δ}$ phases causes memristive behavior
全面系统的从头算基态搜索的结果的氧空位的结构安排在金红石相TiO $_2$提供了新的见解,其忆阻性能。我们发现,O空位倾向于形成平面排列,松弛成具有金属行为的结构。这些亚稳态排列在结构上类似于Magnéli相,但与Magnéli相区分开来。它们表现出更明显的金属性质,但在能量上不太有利。我们的研究结果证实了一个明确的结构和性能之间的关系,在还原氧化物中的偏析氧空位排列和金属行为。
2015-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Interrelation of epitaxial strain and oxygen deficiency in La0.7Ca0.3MnO3-δ thin films
从结构和功能特性两方面研究了La_(0.7)Ca_(0.3)MnO_(3-δ)薄膜的外延应变与氧缺陷的关系。使用配备RHEED设备和高温膜温度控制的PLD系统制备厚度为1000 μ m的膜。采用SrTiO_3、(LaAlO_3)_(0.3)-(Sr_2AlTaO_6)_(0.7)和LaSrAlO_4三种不同的衬底,在0.27 ~ 0.1mbar的氧压范围内,对薄膜的外延应变和氧缺陷进行了系统的调节。可以证明,氧掺入依赖于外延应变:氧空位诱导,以适应拉伸应变,而压缩应变抑制氧空位的产生。
2014-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coupling and competition between ferroelectricity, magnetism, strain and oxygen vacancies in AMnO3 perovskites
我们采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了钙钛矿锰氧化物系列AMnO 3(A= Ca 2+,Sr 2+,Ba 2+)中氧空位、A位阳离子尺寸/容限因子、外延应变、铁电性和磁性之间的相互作用。我们发现,正如预期的那样,通过化学压力或拉伸应变增加体积通常会降低中性氧空位的形成能,这与它们扩展晶格的既定趋势一致。增加的体积也有利于极性扭曲,因为氧八面体的竞争旋转被抑制,并且因为与阳离子偏离中心相关的库仑排斥减少。有趣的是,铁电极化的存在有利于铁磁反铁磁有序,由于抑制反铁磁超交换的极性扭曲弯曲的Mn-O-Mn键角远离最佳的180度。有趣的是,我们发现,极性扭曲竞争形成的氧空位,这有一个较高的形成能量在极性相;相反,氧空位的存在下抑制极化的发生。与此相反,氧空位的形成能是较低的铁磁比反铁磁有序相同的结构类型。我们的研究结果提出了一个丰富而复杂的相图,其中缺陷化学,极化,结构和磁性可以修改使用化学势,应变,电场或磁场。
2016-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Effects of Oxygen Vacancies on Electrochromic Properties and Conductivity of $γ$-Monoclinic WO$_3$
三氧化钨(WO $_3$)是一种典型的电致变色材料,其在氧空位或碱金属原子插入时所表现出的特殊光学性质一直是人们关注的焦点。在本文中,我们提出了一个合理化的实验的基础上的第一性原理计算的光学和电学性质的缺氧(还原)WO $_3$。我们的方法是基于一个无参数的介电依赖的混合密度泛函方法,结合使用的电荷跃迁能级形式主义,研究存在缺陷的激发机制。我们的研究结果表明,氧空位导致不同的物理在$γ$ -单斜WO $_3$,这取决于W-O-W链的方向,其中的空缺是创建,从而证明了强大的各向异性效应植根于独特的结构特性的原始无缺陷单斜电池。因此,不同类型的氧空位可以被分类的基础上计算的基态性质,电子结构,和激发/发射能量,给出了一个令人满意的解释的范围内的实验观察缺氧WO $_3$。
2016-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the two-dimensional electron gas at LaAlO3/SrTiO3 interfaces: The role of oxygen vacancies and electronic reconstruction
原子缺陷和电子转移的相对重要性,解释在结晶LaAlO 3/SrTiO 3界面的导电性一直是一个争论的话题。金属界面上的非晶氧化物覆盖层SrTiO 3产生的类似的电子性能的问题,原来的极化突变模型。我们解决了这个问题的全面比较(100)-取向SrTiO 3基板与结晶和非晶覆盖层的LaAlO 3的不同厚度下制备不同的氧压。对于这两种类型的覆盖层,对于电导率的出现存在临界厚度,但是对于氧退火的结晶情况,其值总是4个晶胞(约1.6nm),而在非晶情况下,临界厚度可以根据沉积条件在0.5至6 nm的范围内变化。随后的离子铣削的覆盖层恢复氧退火的晶体异质结构的绝缘状态,但不是非晶的。氧后退火去除了氧空位,并且在非晶情况下界面变得绝缘。然而,具有结晶覆盖层的界面保持导电,具有降低的载流子密度。这些结果表明,当LaAlO 3覆盖层为非晶态时,氧空位是载流子的主要来源,而在未退火的晶态LaAlO 3/SrTiO 3异质结构中,氧空位和极化突变对界面电导率都有贡献,而在氧退火的晶态LaAlO 3/SrTiO 3异质结构中,极化突变单独对界面电导率有贡献.此外,我们发现,结晶的LaAlO 3层的结晶度是至关重要的极化突变机制的情况下,结晶LaAlO 3覆盖层。
2013-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
A Stabilization Mechanism of Zirconia Based on Oxygen Vacancies Only
采用自洽紧束缚模型分析了立方和四方相氧化锆(ZrO $_2$)稳定化的微观机理。使用这个模型,含有不同的空位浓度的氧化锆的能量和结构进行了计算,相当于浓度的电荷补偿空缺与溶解的氧化钇(Y $_2$ O $_3$)在四元和立方相领域(3.2和14.4%摩尔)。该模型被证明是预测周围的氧空位的大弛豫,以及沿$<111 >$方向的空位的集群,在很好的协议与实验和第一性原理计算。空位是立方氧化锆稳定化的唯一原因,并对其机理进行了分析。
2002-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies in N doped TiO2: Experiment and first principle calculations
我们采用硬X射线光电子能谱学(HAXPES)和第一性原理密度泛函理论计算相结合的方法确定了N掺杂TiO 2的电子和原子结构。结果表明,N掺杂导致了TiO2中氧空位的形成,N杂质和氧空位的结合是N掺杂TiO2的可见光催化性能的主要原因.
2009-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Negative oxygen vacancies in HfO$_2$ as charge traps in high-k stacks
利用非局域密度泛函周期性超原胞的原子基组方法,计算了m-HfO $_2$中氧空位的光激发能和热电离能.带负电荷的V $^-$和V $^{2-}$中心的热电离能与电学测量值一致。结果表明,负的氧空位是可能的候选人的本征电子陷阱在基于氮化镓的栅堆叠器件。
2006-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
An electronic band sculpted by oxygen vacancies and indispensable for dilute superconductivity
本研究针对块体钛酸锶的稀超导现象,发现超导起始阈值与掺杂方式相关,氧空位掺杂的超导阈值远低于Nb取代掺杂,指出氧空位塑造的能带是超稀极限下超导的唯一载体,修正了刚性能带近似的适用范围。
2023-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con