Indication of intrinsic room-temperature ferromagnetism in Ti1-xCoxO2-d thin film: An x-ray magnetic circular dichroism study
室温下Co掺杂的金红石型TiO_2的Co L2，3边的软X射线磁性圆二色性（XMCD）测量显示出明显的铁磁性Co ~（2+）离子与O ~（2-）离子配位的多重峰特征，与Co金属或金属团簇的无特征XMCD谱形成鲜明对比。的吸收光谱和XMCD光谱同意与全原子多重态计算的Co 2+高自旋态的D2 h-对称晶体场在金红石型TiO 2的Ti网站。结果表明，Co ~（2+）离子取代Ti ~（4+）离子是铁磁性的主要来源。
2006-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Effect of vibrations on the pre-edge features of x-ray absorption spectra
假定原子振动能量相对于仪器分辨率较小，计算了原子振动对X射线吸收近边结构（XANES）的影响。由此产生的表达式表明，在K边，振动使电偶极跃迁到3s和3d的最终状态。将理论应用于Al_2O_3金红石中Al的K边和TiO_2金红石中Ti的K边，并与实验进行了比较。在铝K-边缘，相当大的过渡到3s的最终状态，导致与实验光谱的协议有明显的改善。在Ti K-边缘，向3D最终状态的电偶极跃迁解释了边缘前特征的温度依赖性。
2009-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of anatase and rutile TiO2 studied by GGA+U
热处理后的TiO2薄膜的光学性质与其制备工艺有关，TiO2薄膜通常以金红石、金红石或两者的混合物相存在。采用第一性原理广义梯度近似（GGA）+U方法计算了金红石型和金红石型TiO2的电子结构和光学性质。通过引入Ti原子3d轨道（Ud）和O原子2p轨道（Up）上的库仑相互作用，我们可以重现带隙的实验值。用GGA+U方法计算了金红石型和金红石型TiO_2的光学性质，与实验结果和其它理论数据吻合较好。进一步比较了两种不同相态TiO2的电子结构、双折射和各向异性。
2016-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Non-adiabatic phonon renormalization in metallic versus insulating rutile oxides
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）
通过对比金属性（RuO₂和IrO₂）与绝缘性（TiO₂和SnO₂）金红石氧化物的拉曼散射，发现金属化合物中声子频率硬化显著增强（Δω≈6-10 cm⁻¹），归因于电子贡献导致的非绝热电子-声子耦合。
2026-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Large crystal local-field effects in the dynamical structure factor of rutile TiO2
我们提出了第一性原理的含时密度泛函计算和非共振非弹性X射线散射测量的动力学结构因子的金红石型TiO 2。我们的计算结果与实验符合得很好，并证明了大的晶体局域场效应的存在下的Ti M-边缘，产生一个尖锐的损耗峰在14 eV的强度具有显着的非单调依赖于波矢。这些效应对氧化物中的激发光谱的影响比过渡金属更显著，提供了底层电子结构的特征。
2004-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the high-temperature thermoelectric properties of n-type rutile TiO$_2$
过渡金属氧化物由于其稳定性、丰富性和低毒性而被认为是用于收集高温废热的有前途的热电材料。尽管它们具有典型的强离子特性，但它们可以表现出令人惊讶的高功率因数$σS^2$，例如在n型SrTiO $_3$中。因此，值得研究可能超过SrTiO $_3$性能的其它过渡金属氧化物。本文研究了n型金红石型TiO $_2$的热电性能，它是氧化钛中最稳定的相，温度可达2000 K。通过从头计算得到的电子结构，而强大的电子-声子相互作用和缺陷状态的突出特点是使用少量的参数建模。的理论结果进行了比较，从文献中的实验数据丰富，在很宽的载流子浓度范围内产生非常好的协议。这验证了金红石型TiO $_2$的带导假设，并允许高温热电性能的预测。
2019-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Shallow Valence Band of Rutile GeO$_2$ and P-type Doping
GeO $_2$具有$α$ -石英型晶体结构，其具有6.6 eV的非常宽的基本带隙，并且是良好的绝缘体。在这里，我们发现，具有4.6 eV带隙的稳定的金红石-GeO $_2$多晶型物具有令人惊讶的低$\sim$ 6.8 eV电离电位，如使用第一性原理计算从能带对准预测的。由于短O $-$ O距离的金红石结构中含有阳离子的小有效离子半径，如锗$^{4+}$，O 2 p轨道之间的反键相互作用提高了价带最大能级的程度，空穴掺杂似乎是可行的。在实验上，我们报道了$1.5 \times 1.0 \times 0.8$ mm $^3$大金红石GeO $_2$单晶的助熔剂生长，并证实了高达$1021 \pm 10~^\circ$ C的热稳定性。X-射线荧光光谱显示包含来自Li $_2$ O $-$ MoO $_3$通量的无意的Mo杂质，以及Ga在r-GeO $_2$晶格中作为预期的受主掺杂剂的溶解度。Ga和Mo共掺杂的r-GeO $_2$单晶的电阻在室温下非常高，但是当加热到300 $^\circ$ C时，电阻降低2-3个数量级，这归因于热激活的p型导电。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Analysis of STM Experiments at Rutile TiO_2 Surfaces
采用第一性原理原子轨道电子结构方法研究了金红石型钛白的低折射率表面。该方法是相对便宜的计算条件，使其有吸引力的氧化物表面的研究，其中许多进行大的重建，并可能受到氧空位缺陷的存在。计算的表面电荷密度的TiO $_2$的低指数表面，并讨论这些结果与实验STM图像的关系。在这些表面上的原子分辨率图像往往是在正偏压下产生的，探测状态主要由未被占用的Ti 3 $d$带，与O 2 $p$的小贡献。这些实验特别有趣，因为O原子倾向于位于Ti原子上方1埃，因此在图像形成中提供了电子和几何结构之间的叠加。
1996-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic super-paramagnetism in cobalt implanted rutile-TiO2 single crystals
本文研究了不同注量的钴离子注入金红石型二氧化钛单晶的磁性。零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）磁化的温度变化沿[1-10]显示出高得多的阻断温度（TB）。类似地，仅当场平行于[1-10]方向时才看到TB以上的磁化等温线的缩放。在沿该方向的磁场下，磁化强度在与[001]方向的磁场相比小得多的磁场下显示出接近饱和。钴纳米团簇具有“易”和“难”磁化轴耦合的磁晶各向异性的第二相钴与二氧化钛。此外，在T=2 K时，我们观察到在样品中的两个场方向之间的磁化强度与场等温线的交叉，这归因于钴以2+离子状态存在的各向异性顺磁性，S = 3/2。
2017-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Origin of Temperature-Dependent Anisotropic Heat Transport in Ultrawide-Bandgap Rutile GeO2
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Department of Physics, Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学物理系）；Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼茨晶体生长研究所）
研究通过时域热反射测量与第一性原理声子输运计算，揭示了金红石GeO₂在不同温度下各向异性热输运的微观机制，发现其热导率随温度变化遵循T^(-1.4)规律，且各向异性源于声子群速度和寿命的各向异性。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Steps on Rutile TiO2(110): Active Sites for Water and Methanol Dissociation
我们提出了一个详细的调查的结构和活动的扩展缺陷，即单原子步骤（1x 1）-TiO 2（110）。具体而言，两个最稳定的<001>和<1-11>步骤的边缘被认为是。采用自动遗传算法，采样大量的候选人为每个步骤的边缘，更稳定的，重建的结构被发现的<1-11>步骤的边缘，而批量截断的结构被恢复的<001>步骤的边缘。我们演示了如何沿这些缺陷的氧空位有较低的形成能量比平坦的梯田和水和甲醇分子如何吸附解离减少<1-11>步骤的边缘。我们的研究结果与早期的实验结果是一致的，并表明一个重要的贡献，从台阶边缘的TiO 2（110）表面的反应性。
2011-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and electronic properties of rutile Sn$_{1-x}$Ge$_x$O$_2$ alloys from first principles
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；University of Michigan, Ann Arbor, Michigan 48109, USA（密歇根大学）
通过第一性原理研究二氧化锡锗合金的热力学和电子性质，发现相干应变显著抑制混溶间隙，使高溶解度得以实现。
2026-01-17 cond-mat.mtrl-sci
An oxygen-rich, tetrahedral surface phase on high-temperature rutile VO$_2$(110)$_\text{T}$ single crystals
二氧化钒在接近室温时经历从绝缘（单斜）到金属（四斜）相的金属-绝缘体转变（MIT），这使其成为许多应用的有前途的功能材料，例如作为化学传感器。关于它的表面和界面性质知之甚少，尽管这些在它的许多应用中至关重要。本工作提出了一个原子尺度的研究四金红石VO $_2$（110）$_\text{T}$单晶表面和报告的结果与扫描隧道显微镜（STM），低能电子衍射（LEED）和X射线光电子能谱学（XPS），支持密度泛函理论为基础的（DFT）计算。表面重建成富氧的（2 $\times$ 2）超结构，该超结构与下面的未重建的（110）-（1 $\times$ 1）表面的小块共存。（2 $\times$ 2）表面终止的最佳结构模型，概念上来自五氧化二钒（001）单层，由角共享四面体的环组成。在很宽的氧化学势范围内，这种重构比未重构的（110）表面以及文献中提出的模型更稳定。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio based description of the unusual temperature increase of the electric field gradient at Ti sites in rutile TiO2
结合一个精确的从头算电子能带结构计算的TiO 2金红石结构的Ti均方位移的温度演化，我们重现了一个令人困惑的温度增加的电场梯度在Ti网站TiO 2，实验观察。我们的方法采用了一个程序的平均两个四极电子密度分量（L = 2）内的一个球振动的Ti核在其中心，其中引入的温度依赖性的关键因素是德拜-沃勒因子的平方根。虽然德拜-沃勒因子总是减少相应的傅立叶分量，但在TiO 2中，由于相反符号的项之间的相互作用，它导致总和随温度的净增加，从而导致电场梯度的增长。定量地分析发现，电场梯度的增加只有实验值的一半，我们将其归因于非谐效应或强烈的氧位置影响。此外，我们的方法再现了不寻常的温度依赖性的不对称参数η，它首先随温度下降，去到零，然后增加。
2020-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Density functional characterization of the antiferromagnetism in oxygen-deficient anatase and rutile TiO2
我们提出的理论证据的局部磁矩的钛离子在缺氧的氧化铝和金红石型TiO 2在最近的实验中观察到[S. Zhou等人，B79，113201（2009）]。我们的第一性原理GGA+U计算结果表明，氧空位将两个Ti 4+离子转化为两个Ti 3+离子，这导致每个Ti 3+的局部磁矩为1.0 $μ_B$。然而，这两个Ti 3+离子形成稳定的反铁磁状态，并且在缺氧的金红石相TiO 2中也观察到类似的反铁磁。计算结果与实验观察到的缺氧Ti-O体系的类反铁磁行为符合得很好。
2009-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Renormalized Lattice Dynamics and Thermal Transport in VO$_{2}$
二氧化钒（VO $_{2}$）在室温附近冷却时发生一级金属-绝缘体转变（MIT），伴随着从金红石到单斜的结构变化。晶格振动的准确表征对于阐明转变机制至关重要。为了研究VO $_{2}$在MIT上的晶格动力学和热输运性质，我们提出了一个基于自洽声子理论的声子重整化方案.利用这种方法，我们计算了声子的色散和寿命随温度的变化，并指出了磁熵和振动熵在驱动MIT中的重要性。预测的声子色散和寿命与实验测量结果定量一致。结果表明，金红石型VO $_{2}$的晶格热导率几乎与温度无关，而单斜型VO $_{2}$的晶格热导率随$1/T$的变化而变化。由于声子软化和增强的散射速率，晶格热导率推断为在金红石相中显著较低，这表明在金红石VO $_{2}$中可能不会强烈违反Wiedemann-Franz定律。
2017-11-20 cond-mat.mtrl-sci
A direct view at excess electrons in TiO$_2$ rutile and anatase
结合扫描隧道显微镜/光谱学和密度泛函理论（DFT+U），对TiO $_2$金红石型和金红石型两种具有相同化学组成但不同晶格的典型材料中的过剩电子进行了表征。在金红石中，多余的电子可以定位在任何晶格Ti原子，形成一个小的极化子，它可以很容易地跳到相邻的网站。相比之下，在铌中的电子更喜欢自由载流子状态，并且只能被捕获在氧空位附近或形成与Nb掺杂剂结合的浅施主状态。本研究最终解释了两种多晶型物之间的差异，并表明即使晶格中很小的结构变化也会导致非常不同的行为。
2014-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Addressing electron-hole correlation in core excitations of solids: An all-electron many-body approach from first principles
我们提出了一个从头计算研究的核心激发的固态材料的电子空穴相关的作用集中。多体微扰理论到令人兴奋的代码的全电子实施的框架中，我们调查三种材料的三个不同的吸收边，跨越一个广泛的能量窗口，与过渡能量之间的几百到几千电子伏特。具体地说，我们考虑从钛$K$边缘的金红石和金红石$\textrm{TiO}_2$，从铅$M_4$边缘的$\textrm{PbI}_2$，和从钙$L_{2,3}$边缘的$\textrm{CaO}$的激发。我们表明，电子-空穴吸引规则的深芯态的X射线吸收，当本地字段发挥次要作用。另一方面，局部场效应引入的激发的电子和空穴之间的交换相互作用占主导地位的激发过程从较浅的核心水平，分离的自旋轨道分裂的几个电子伏特。我们的方法产生的吸收光谱与现有的实验数据很好地吻合，并允许深入分析的结果，揭示了电子的贡献的激发，以及它们的空间分布。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Dynamics of Li$^{+}$ in Rutile TiO$_{2}$ Revealed by $^{8}$Li $β$-detected NMR
我们报告的动力学测量孤立$^{8}$锂$^{+}$在单晶金红石TiO $_{2}$使用$β$检测NMR。从自旋-晶格弛豫和运动窄化，我们发现两套热激活动力学：一个低于100 K;和一个在较高的温度。在低温下，激活势垒为$26.8(6)$ meV，前因子为$1.23(5) \times 10^{10}$ s $^{-1}$。我们认为这是无关的锂$^{+}$运动，而是一个后果的电子极化子在附近的植入$^{8}$锂$^{+}$是已知的，成为移动在这个温度范围内。高于100 K，锂$^{+}$经历长程扩散作为一个孤立的未络合的阳离子，其特征在于由活化能和前因子的$0.32(2)$ eV和$1.0(5) \times 10^{16}$的$^{-1}$，与宏观扩散测量。这些结果在稀释极限从显微镜探针表明，锂PDMATHAMN浓度不限制的扩散率，甚至高浓度，但一些关键成分是失踪的计算中的迁移障碍。异常前因子提供了进一步了解锂$^{+}$和极化子运动。
2017-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Phonon quarticity induced by changes in phonon-tracked hybridization during lattice expansion and its stabilization of rutile TiO$_2$
虽然TiO $_2$的金红石结构在高温下是稳定的，但是传统的准谐波近似预测随着热膨胀，几个声学声子不利地减少到零频率，错误地预测了在远低于1000 K的温度下的结构崩溃。用非弹性中子散射测量了金红石型TiO $_2$在300 ~ 1373 K范围内的声子态密度随温度的变化关系。令人惊讶的是，发现这些异常声学声子的频率随温度增加。第一性原理计算表明，随着晶格膨胀，反常声学声子的势从二次转变为四次，使金红石相在高温下稳定。在这些模式中，相邻的Ti和O原子的振动位移引起Ti的$3d$电子和O原子的$2p$电子的杂化变化。随着热膨胀，这种“声子跟踪杂化”中的能量变化使Ti和O原子之间的原子间势阱的底部变薄，并诱导声子势的四阶性。
2015-08-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Electronic structure of VO2 studied by x-ray photoelectron and x-ray emission spectroscopies
VO 2单晶已被高分辨率XPS，电子和能量选择性X射线激发的X射线发射光谱（VL-α，V K-β-5-和O K-α发射）和X射线吸收光谱（O 1 s）的联合调查的主题。我们进行了第一性原理紧束缚LMTO能带结构计算VO 2在单斜和四斜金红石结构，并比较态密度与实验数据。由此我们得出结论，VO 2的电子结构是带状比相关。
1998-03-23 cond-mat.mtrl-sci
High temperature ferromagnetism in Co-implanted TiO2 rutile
本文报道了不同注入剂量的Co离子注入金红石型TiO_2单晶的结构、磁性和电子性质。在室温及以上的强铁磁性观察到在TiO2金红石板钴离子注入后，与钴离子注入剂量依赖的磁性参数。虽然结构数据表明金属钴簇的存在下，在XAS光谱中的钴L3边缘的多重态结构给出了明确的证据，为一个替代的钴2+状态。对Co离子注入TiO2薄膜的结构和磁性能进行了详细的分析，结果表明Co离子注入TiO2薄膜中存在两个磁相。一种是由于注入的磁性钴离子在金红石相中形成长程铁磁有序而形成的铁磁相，另一种是由于注入区形成金属钴团簇而形成的超顺磁相。利用X射线共振磁散射技术研究了Co离子注入TiO_2单晶中Co、O和Ti的元素比磁化强度。磁二向色性观察到在钴L的边缘，以及在O K边缘。本文还讨论了导致取代钴离子在基质中形成铁磁有序的相互作用机制。
2008-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence and Electron Spin Resonance of Silicon Dioxide Crystal with Rutile Structure (Stishovite)
电子自旋共振（ESR）和光致发光信号中观察到的生长单晶的硅镁石，表明在未照射的样品中存在的缺陷。的光致发光的接收的stishovite单晶体表现出两个主要的频带-在3 eV的蓝色和在4.75 eV的UV。发光激发的范围内的stishovite的光学透明度（低于8.75 eV），因此，归因于缺陷。在脉冲激发下观察到广泛的衰减动力学。对于蓝带，除了时间常数约为18 μs的指数衰减外，还发现了一个ms分量。对于紫外波段，除了时间常数为1-3 ns的快分量外，还得到了一个衰减为几十μs的分量。主要成分（18 μs和1-3 ns）具有典型的中心内跃迁强度热猝灭。额外的慢组分的效果与OH基团和/或修饰发光中心的碳分子缺陷的存在有关。额外的慢分量表现出波浪状的热依赖性。光热刺激的创建-破坏复合物包括主机缺陷-间隙改性剂解释慢发光波状的热依赖性。
2021-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Si doping in anatase and rutile TiO$_2$ with oxygen vacancy for efficient optical application
本文采用密度泛函理论和动力学平均场论研究了掺杂$TiO_2$金红石和另一种含氧空位的四方晶系金红石的电子性质。应用屏蔽混合交换相关密度泛函从电子结构得到了态密度和光学性质。所有的单粒子激发都在独立准粒子的动力学平均场论中处理。在光学性质方面，通过求解库仑关联电子-空穴双原子的Bethe-Salpeter方程来考虑激发。在此理论基础上，给出了两种结构的$TiO_2$的能带结构和光谱。此外，我比较了目前的结果与早期的光学数据的母结构，并建立了增加的光学效率在掺杂$TiO_2$与氧空位的结构。
2019-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
X-ray Anomalous Scattering of Diluted Magnetic Oxide Semiconductors: Possible Evidence of Lattice Deformation for High Temperature Ferromagnetism
我们研究了在金红石型和金红石型Ti_{1-x} $Co$ _{x} $O$ _{2-delta} $ thin films that exhibit room-temperature ferromagnetism. Intensities of the x-ray Bragg reflection from the films were measured around the $ K $-absorption-edge of Co. If the Co ions randomly substitute on the Ti sites, the intensity should exhibit an anomaly due to the anomalous dispersion of the atomic scattering factor of Co. However, none of the anatase and rutile samples did exhibit an anomaly, unambiguously showing that the Co ions in Ti$ _{1-x} $Co$ _{x} $O$ _{2-delta} $ are not exactly located at the Ti sites of TiO$ _2 $. The absence …
2007-08-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Determination of the Néel vector in rutile altermagnets through x-ray magnetic circular dichroism: the case of MnF$_2$
本文通过密度泛函与原子模型精确对角化模拟MnF$_2$的XMCD光谱，证明金红石型交变磁体中XMCD可确定奈尔矢量取向，并推导了不同取向光谱间的近似精确关系。
2024-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Electronic Structure and Transport Properties of the Distorted Rutile-type WO$_2$
本研究通过实验测量和第一性原理计算，揭示了扭曲金红石型WO2的拓扑电子结构及其导致的极大磁电阻和高迁移率等独特输运性质，为潜在电子应用提供了机会。
2025-03-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystalline topological Dirac semimetal phase in rutile structure $β'$-PtO$_2$
基于第一性原理计算和对称性分析，我们提出过渡金属金红石氧化物，特别是$β'$ -PtO $_2$，可以具有三维拓扑Dirac半金属相.我们发现，在忽略自旋轨道耦合的情况下，$β'$ -PtO $_2$具有节环结构.自旋-轨道耦合的消除使节环产生间隙，同时保留了一对由螺旋旋转对称性保护的三维狄拉克点。这个狄拉克点是由两个$d$带的带反转产生的，这是关联电子系统中DSM相的实现。此外，在动量空间中的镜面带有一个非平凡的镜像陈数$n_M = -2$，它将$β'$ -PtO $_2$与目前已知的狄拉克半金属如Na $_3$ Bi和Cd $_3$ As $_2$区分开来。如果我们施加一个扰动，打破旋转对称性，保持镜像对称性，狄拉克点是缺口和系统成为拓扑晶体绝缘体。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic Dichroism in Rutile NiF$_2$: Separating Altermagnetic and Ferromagnetic Effects
本文通过数值模拟预测NiF₂中XMCD信号，区分交变磁与铁磁贡献，并证明信号可线性分解，为验证Néel矢量与X射线霍尔矢量关系提供方法。
2025-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Composition, structure, and stability of the rutile TiO_2(110) surface: oxygen depletion, hydroxylation, hydrogen migration and water adsorption
用密度泛函理论结合热力学方法，计算了金红石型TiO_2（110）表面在有限温度和压力下与周围气相平衡时的最低能量结构和组成的相图。考虑了氧、氢和水分子与气相的交换。特别注意的是收敛的横向系统的大小和板厚方面的所有计算。此外，半局部密度泛函描述的能量约化表面的可靠性进行了严格的评估。对于环境条件下的表面被发现是完全覆盖的分子吸附水。在低覆盖度下，在单个孤立水分子的极限下，分子吸附和解离吸附变得能量简并。氧空位形成于强还原性的贫氧环境中。然而，已经在稍微更温和的条件下，它表明，从表面去除全部TiO_2单元是化学上优选的。与最近的实验观察相一致，进一步证实，即使在极富氢的环境下，表面也不能完全羟基化，但只能达到约0.6-0.7单层的氢的最大覆盖率。最后，迁移路径的计算强烈表明，氢更倾向于扩散到散装解吸从表面进入气相。
2009-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Dispersive-phonon-driven room-temperature Ni1+-Ni2+ polaron hopping in spin-charge coupled rutile niobate
Rajiv Gandhi Institute of Petroleum Technology（拉吉夫·甘地石油技术研究所）；ISIS Neutron and Muon Source, STFC, Rutherford Appleton Laboratory（ISIS中子与缪子源，STFC，卢瑟福阿普尔顿实验室）；University of Johannesburg（约翰内斯堡大学）
本研究以金红石型铌酸盐为对象，结合非弹性中子散射与机器学习声子计算，揭示室温下色散声子驱动Ni1+-Ni2+极化子跳跃的机制，证实该体系中存在自旋-电荷-声子耦合。
2026-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Cooperative Effects of Strain and Electron Correlation in Epitaxial VO2 and NbO2
采用密度泛函理论结合从自旋方法（DFT+SS）研究了金红石相外延VO $_2$薄膜的电子结构.在DFT-SS中，多轨道Hubbard相互作用被添加到DFT拟合的紧束缚模型中，并且我们采用从自旋方法来处理电子相关性。我们发现，而沿金红石$c$轴拉伸系统的能带结构有利于各向异性的轨道填充，电子相关有利于$t_{2g}$轨道之间的电子填充。这两种不同的影响合作诱导有趣的轨道依赖的电子占领和光谱权重的重新分配，这推动了应变VO $_2$向轨道选择性莫特转变（OSMT）。模拟的单粒子谱函数直接比较外延10 nm VO $_2$ /TiO $_2$（001）和（100）应变取向的VL边共振X射线光电子能谱。极好的协议之间观察到的模拟和实验数据的应变引起的演变较低的哈伯德带。在与VO $_2$相似的应变条件下对金红石型NbO $_2$进行了模拟，我们预测在金红石型NbO $_2$中不会发生OSMT。我们的研究结果表明，VO $_2$中的电子相关是重要的，甚至可以在Peierls不稳定性发生之前在金红石相中进行调制。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Sand Supported Mixed-Phase TiO$_2$ Photocatalysts for Water Decontamination Applications
采用有机金属前驱体在石英砂、锆英石砂和金红石砂表面制备了TiO $_2$涂层。采用X射线衍射、X射线荧光、紫外-可见光谱和比表面积测定等方法对载体材料进行表征。用激光拉曼光谱和扫描电镜对涂层的相组成和形貌进行了表征。采用填充床反应器研究了负载型光催化剂对循环水中大肠杆菌的灭活作用。结果发现，砂粒很好地涂覆有均匀的TiO 2层，并且涂层很好地粘附，在850 ℃下烧制后表现出混合的金红石组合物。光催化活性是最高的涂层应用于石英砂，虽然消毒的循环水没有实现与任何材料的调查。石英作为TiO $_2$光催化剂载体材料的优点可能是由于这种材料具有较高的纯度和光学透射率。不能排除通过Si掺杂的电势增强。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Anion correlation induced nonrelativistic spin splitting in rutile antiferromagnets
Northwestern University（西北大学）
本研究通过理论分析发现，阴离子相关性可诱导非相对论自旋分裂，揭示了部分有序反铁磁体中短程有序对电子结构的影响，并预测了磁光电 Kerr 效应特征。
2025-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Absence of higher than 6-fold coordination in glassy $GeO_{2}$ up to 158 GPa revealed by X-ray absorption spectroscopy
本文利用高压X射线吸收谱研究玻璃态GeO2在158 GPa下的局域结构，发现其始终以共边八面体为主要结构基元，不存在高于6配位的结构，并揭示了不同压力阶段压实机制由八面体畸变和键长缩短共同主导。
2025-07-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Absolute Reference Energy to Realign the Band-edges of Inorganic Semiconductors Using First-principles Calculations
从第一性原理模拟到重新排列半导体的价带顶和导带底，找到绝对参考能量的挑战，提出了一种基于平面波计算的理论方法，如在最先进的密度泛函理论内实现的。我们已经研究了一些无机二元半导体，包括氧化物和非氧化物，例如金红石和金红石TiO 2，纤锌矿ZnO，金红石SnO 2，GaP，GaAs，InP，ZnTe，CdS，CdSe和SiC的非晶相，这些是众所周知的，对于光电化学，光电子器件应用在其独立和/或异质结构形态中是定性重要的。这些众所周知的半导体的计算的带边相对于我们提出的绝对真空参考能量，这是定义与我们提出的修正，并比较其现有的实验值从平带测量重新调整。预测是合理的，以及与已知的实验平带测量数据一致。我们估计的这组11种化合物的平均绝对误差为~ 0.17 eV，更接近已知的实验极限0.10-0.20 eV。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin current generation from an epitaxial tungsten dioxide WO$_{2}$
本研究报道了外延金红石型WO₂在室温下高效产生自旋电流，其阻尼类自旋轨道矩效率为正且与Pt、Ta相当，为自旋轨道矩器件提供了新材料选择。
2023-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Structure of a model TiO2 photocatalytic interface
水与TiO 2的相互作用对其许多实际应用至关重要，包括光催化水分解。在40年前首次证明这一现象之后，已经有了许多关于金红石单晶TiO 2（110）与水的界面的研究。这提供了对水-TiO 2相互作用的原子级理解。然而，几乎所有以前的研究水/二氧化钛界面涉及水在汽相。在这里，我们探索的界面结构之间的液体水和金红石型TiO 2（110）表面预先在原子水平上的特点。扫描隧道显微镜和表面X-射线衍射被用来确定的结构，这是由一个有序的阵列的羟基分子与分子水在第二层。静态和动态的密度泛函理论计算表明，一个可能的机制，用于形成的羟基覆盖层涉及的混合吸附的O2和H2O上的部分缺陷的表面。定量的结构性质，这里推导出的基础上，探索的原子性质，因此，在TiO 2纳米粒子的机制。
2016-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Using $G_0W_0$ Level Alignment to Identify Catechol's Structure on TiO$_2$(110)
我们对典型的染料敏化太阳能电池：邻苯二酚在金红石TiO $_2$（110）上进行了最先进的计算。邻苯二酚通常用作TiO $_2$上更大更复杂的有机和无机染料的锚定基团，并在TiO $_2$上形成II型异质结（110）。特别是，我们比较准粒子（QP）$G_0W_0$与混合交换相关泛函（HSE）密度泛函理论（DFT）计算的儿茶酚-金红石型TiO $_2$（110）界面。在这样做的过程中，我们提供了一个理论解释的紫外光电子能谱（UPS）和逆光电子能谱（IPES）实验，这个原型系统。具体而言，我们证明，与邻苯二酚的HOMO，分子间OH $-$ O键，和界面氢键的表面桥接O原子（O $_{br}$ H $-$ C和O $_{br}$ H $-$ O）的位置，存在和强度的峰可用于指纹邻苯二酚的OH锚定基团的去质子化。此外，我们的研究结果表明，这些基团的去质子化，而在高覆盖率几乎是等能的，可以显着增加邻苯二酚$-$ TiO $_2$（110）界面的光伏效率。
2016-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Ideal, Defective, and Gold--Promoted Rutile TiO2(110) Surfaces: Structures, Energies, Dynamics, and Thermodynamics from PBE+U
采用第第一性原理计算对金促进的TiO 2（110）表面进行了结构优化、电子结构分析、表面相图的从头算热力学计算和从头算分子动力学模拟。所有计算都依赖于广义梯度近似（PBE）中的密度泛函理论，并通过包含Hubbard校正PBE+U来解释现场库仑相互作用，其中U是根据线性响应理论计算的。通过研究TiO 2（110）表面与典型探针物种（H，H2O，CO）之间的相互作用，验证了该方法的有效性。松弛的结构和结合能进行比较，从文献和平原PBE结果的数据。研究的主要重点是金促进的二氧化钛表面的性质和它们与CO的相互作用。PBE+U和PBE优化结构的Au吸附原子吸附在化学计量和还原TiO 2表面的计算，以及它们的电子结构。对吸附物在金属/氧化物接触处引起的电荷重排也进行了分析和讨论。通过PBE+U从头算分子动力学模拟，证实了Au原子在化学计量比表面上的扩散是高度各向异性的。金属原子沿着桥接氧行的顶部或这些行之间的区域周围沿着[001]方向从一个桥接位置迁移到下一个桥接位置。近似从头算热力学预测，在富氧条件下，通过用Au原子取代Ti 5c原子获得的结构在宽范围的温度和压力下是热稳定的。
2011-07-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Unraveling the role of V-V dimer on the vibrational properties of VO$_2$ by first-principles simulations and Raman spectroscopic analysis
我们采用密度泛函理论的第一性原理计算和Raman光谱研究了VO 2的振动特性，特别是低温M1相的振动特性.我们使用SCAN元GGA功能进行结构优化，并获得金属金红石和绝缘M1相的优化晶体结构，满足实验衍生结构的所有预期特征。基于零温下优化结构周围的谐波近似，我们计算了声子性质，并与实验结果进行了比较。我们表明，我们计算的声子态密度与以前的中子散射实验非常吻合。此外，我们再现的声子软化的金红石相以及声子硬化的M1相。通过与拉曼光谱的比较，我们发现M1相的拉曼活性振动模式与晶体结构的V-V二聚体距离有很强的相关性。我们结合的理论和实验框架表明，拉曼光谱可以作为一种可靠的方法来检测应变VO $_2$中的V-V二聚体的细微变化。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Crystal structure and absence of magnetic order in single crystalline RuO$_2$
本研究通过气相输运生长RuO2单晶，利用电导、磁化率及中子和X射线衍射实验，证明其在2K以上无磁或结构转变，排除了反铁磁有序，归因于多次衍射。
2024-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Signature of a polyamorphic transition in the THz spectrum of vitreous GeO2
太赫兹光谱的密度波动，$S(Q, ω)$，在环境温度下的玻璃质GeO $_2$的测量从环境压力的非弹性X射线散射远远超过了已知的$α$ -石英金红石多晶（PA）转变的压力。我们观察到显着的差异，在PA过渡，特别是在30-80毫电子伏的范围内测量的光谱形状。在第一性原理晶格动力学计算的指导下，我们将声子色散的变化解释为从类石英到类金红石配位的演化。值得注意的是，这种交叉伴随着系统的弹性响应的压力依赖性中的尖点状行为。总体而言，所呈现的结果突出了PA现象对高频声子色散的复杂指纹。
2015-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Recent advance in phase transition of vanadium oxide based solar reflectors and the fabrication progress
二氧化钒（VO 2）作为一种相变材料，在金属态和绝缘体态之间的相变过程中控制着热量的传递。在高于68 ℃的温度下，金红石结构的VO 2将热量阻挡在外并增加红外辐射反射率，而在较低温度下，单斜结构的VO 2充当透明材料并增加透射辐射。在本文中，我们首先介绍了在高温和低温下的金属-绝缘体相变（MIT）。利用Ansys HFSS软件模拟了超材料反射器的超表面VO 2，分析了VO 2的金红石相和单斜相的发射率可调谐性。在下一节中，我们将回顾通过改变溅射气体的压力和衬底的温度在玻璃和硅衬底上沉积热致变色VO 2的最新进展。最后，我们在300 ℃以上的温度下，用V_2O_5靶材在不同的氧氩混合气氛下，在厚SiO_2衬底上原位溅射制备了VO_x薄膜，并对其进行了X射线衍射分析。近年来，基于热致变色VO 2的超材料结构开辟了被动节能光学太阳反射器的新途径。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
