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
Small polarons and the Janus nature of $\text{TiO}_\text{2}(110)$
极化子普遍存在于许多半导体中，并与光致变色和多相催化材料的电导率和光学响应有关，但表面极化子如何影响吸附仍不清楚。在这里，通过使用密度泛函理论模拟金红石型二氧化钛的表面，我们揭示了水的吸附，解离和氢键的小表面极化子的效果。一方面，这种极化子的存在显著抑制了直接键合到极化子位点的水分子的解离。另一方面，极化子促进水在某些非极化位点的解离。此外，极化子加强氢键，这反过来又影响氢键覆盖层结构中的水解离。这项研究表明，在金红石表面的极化子有复杂的，多方面的，对水的吸附，解离和氢键的影响，突出了极化子对水的结构和动力学的重要性，在这样的表面。我们预计，这里确定的许多表面极化子的物理性质将更普遍地适用于可以容纳小极化子的表面和界面，而不是二氧化钛。
2019-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Oxygen Vacancy Induced Structural Distortions in Black Titania -- A Unique Approach using Soft X-Ray EXAFS at the O K-Edge
规则TiO $_2$的结晶顺序的未知变化导致黑色二氧化钛的形成，由于伴随的电子变化，黑色二氧化钛作为光催化材料已经获得了显著的兴趣。在这里，我们确定的性质所造成的晶格畸变的氧空位，从而导致在形成中带隙状态发现在以前的研究中的黑色二氧化钛。我们介绍了一种创新的技术，使用一个国家的最先进的硅漂移探测器，它可以与扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）结合使用来测量散装原子间距离。我们说明了如何这样的探测器的能量色散性质可以让我们一个畅通无阻的信号，无限的能量空间，从而避开了更传统的EXAFS的障碍，这往往是阻碍其他吸收边缘。
2019-08-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The interplay between dopants and oxygen vacancies in the magnetism of V-doped TiO2
密度泛函理论计算表明，V到金红石型TiO 2的Ti晶格位置的结合导致磁性V4+物种，但掺杂剂磁矩之间的耦合的延伸和符号确认，铁磁有序不能通过在无缺陷氧化物中的低浓度掺杂而达到。氧空位可以引入额外的磁中心，我们在这里表明，钒掺杂的影响之一是减少这些缺陷的形成能。在V掺杂剂和O空位的存在下，所有的自旋倾向于以相同的取向对齐。我们得出结论，V掺杂有利于TiO2的铁磁行为，不仅通过引入与掺杂剂中心相关的自旋，而且还通过增加氧空位相对于纯氧化物的浓度。
2011-05-06 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
Water Adsorption at the Tetrahedral Titania Surface Layer of SrTiO$_3$(110)-(4$\times$1)
水与氧化物表面的相互作用对于基础科学和应用都具有极大的兴趣。我们提出了一个相结合的理论[密度泛函理论（DFT）]和实验[扫描隧道显微镜（STM），光电子能谱（PES）]研究水与二维二氧化钛覆盖层，终止SrTiO $_3$（110）-（4 $\times$ 1）表面和TiO $_4$四面体组成的相互作用。STM、芯能级和价带能谱表明，H $_2$ O在室温下既不吸附也不解离在化学计量比表面，而在氧空位处解离.这与DFT计算结果一致，DFT计算结果表明，化学计量和还原表面上的水解离能垒分别为1.7和0.9 eV。我们建议，水弱吸附在二维，四面体协调覆盖层。
2013-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Charge Trapping at the Step Edges of TiO2 Anatase (101)
结合光电子能谱、原子力和扫描隧道显微镜/光谱的测量结果表明，TiO 2纳米晶（101）表面的过剩电子被捕获在台阶边缘。因此，步骤作为O2的优选吸附位点。在密度泛函理论计算中，电子局域在干净的台阶边缘，这种趋势被O空位和羟基化增强。结果表明缺陷对二氧化钛广泛应用的重要性。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced clustering tendency of Cu-impurities with a number of oxygen vacancies in heavy carbon-loaded TiO2 - the bulk and surface morphologies
超过阈值的碳负载（~50 at.%）初始TiO 2-主体和后Cu-敏化（~7 at.%）使用脉冲离子注入技术以顺序模式进行，在包埋的顺序阶段之间具有1小时的真空空闲循环。采用XPS宽扫描元素分析、芯能级和价带图谱对最终的Cx-TiO 2：Cu样品进行了鉴定。所获得的结果进行了讨论，采用DFT计算的理论背景。结合XPS和DFT分析，可以建立和证明合成样品的最终公式为Cx-TiO 2：[Cu+][Cu 2 +]的块体和Cx-TiO 2：[Cu+][Cu 0]的薄膜。结果表明，在重碳负载模式下，剩余的大部分中性C-C键（sp3-型）占主导地位，只有缺少嵌入的碳才能形成O-C=O团簇。没有价基带宽度改变后，建立顺序的碳-铜改性的初始TiO 2-主机的原子结构，除了占主导地位的Cu 3s状态后，铜敏化。中性碳低维杂质作为新相生长的前体的关键作用被证明为铜敏化的Cx-TiO 2中间态主机。
2017-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Influence of vacancies on phonons and pressure phase transitions in TiO: a DFT study
近年来，TiO作为薄膜涂层材料由于其良好的物理性能而引起了人们的兴趣。此外，由于本征空位的存在，TiO显示出忆阻特性。为了将这些化合物应用于忆阻开关的有源区，研究它们的动态稳定性具有重要意义。因此，TiO的结构，电子和动力学性质的两个不同的阶段，即立方和单斜结构以及空位，辩论的密度泛函理论的框架。结构计算表明，空位对化合物的体积弹性模量有很大的影响。电子能带结构表明这些结构是金属的。此外，在低于费米能级的这些化合物中，O-2 p和Ti-3d态之间存在能隙，该能隙可以通过空位浓度来改变。声子计算表明，单斜结构是动态稳定的，而立方相是不稳定的，在室温下。考虑到Ti和O空位浓度均为~12.5%，消除立方结构的虚模。此外，在~ 10 GPa的外加压力下，无空位立方结构仍能保持稳定，这与实验结果一致。此外，TiOx化合物的声子色散曲线表明，这些材料不利于导热。压力相变结果表明，在~8 GPa时，TiO发生了从单斜晶向空位立方晶的相变，而在~ 44 GPa时，TiO发生了从单斜晶向无空位立方晶的相变，这与最近报道的结果一致。因此，可以得出结论，工程的空位及其浓度在TiO相可以发挥重要作用，将它们应用于技术应用。
2021-10-23 cond-mat.mtrl-sci
(Sub)surface mobility of oxygen vacancies at the TiO$_2$ anatase (101) surface
锐钛矿是TiO $_2$的亚稳多晶型物。与更广泛研究的TiO $_2$金红石相反，O空位（V $_\mathrm O$'s）在TiO（101）表面不稳定。低温STM表明，在105 K时电子轰击产生的表面V $_\mathrm O$在温度$\geq$ 200 K时开始迁移到亚表面位置。在V $_\mathrm O$密度的初始降低之后，建立了温度依赖的动态平衡，其中V $_\mathrm O$移动到次表面位置并且再次返回，如在延时STM图像中所见。我们估计，活化能为亚表面迁移位于0.6和1.2 eV之间，相比之下，DFT计算预测的障碍约。0.75 EV.实验值的广泛分散可能归因于减少样品中不均匀分布的亚表面缺陷。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
First-principles DFT+GW study of oxygen vacancies in rutile TiO2
我们进行第一性原理计算的准粒子缺陷态，电荷跃迁能级，和形成能量的金红石型钛白中的氧空位。计算是在最近开发的DFT+GW的形式主义，包括必要的静电修正的超细胞带电缺陷。我们发现氧空位是一个负的U缺陷，其中U是缺陷电子的附加能。费米能级低于2.8 eV（相对于价带最大值）时，空位的+2电荷态最稳定，高于2.8 eV时，空位的中性电荷态最稳定。
2014-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Reaction of O2 with Subsurface Oxygen Vacancies on TiO2 Anatase (101)
吸附在金属氧化物上的氧气（O2）在催化氧化反应、化学传感和电化学分析中是重要的。例如，强吸附需要从氧空位（VO）或掺杂剂转移负电荷。利用扫描隧道显微镜，我们观察，转换，并结合理论，确定了O2分子的性质的（101）表面上的掺杂铌（二氧化钛，TiO 2）。VOs只存在于本体中，但我们用带强烈负电荷的扫描隧道显微镜尖端将它们拉到表面。O2以超氧（O2）-形式吸附在五配位的Ti位上，转化为过氧（O2）2-，并通过与VO反应，以（O2）O形式进入阴离子表面晶格位。这种所谓的桥接二聚体也形成时，O2直接与VOs在或低于表面反应。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci
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
A theoretical analysis of small Pt particles on rutile TiO$_2$(110) surfaces
采用原位d-d库仑相互作用校正的混合密度泛函理论计算方法，系统研究了Pt $_n$（n = 1- 4）团簇在化学计量、还原和重构金红石型TiO $_2$（110）表面的吸附分布和电子结构.小团簇Pt吸附物的原子结构主要取决于相应二氧化钛载体的化学计量比。团簇在体封端理想表面上的形状类似于它们的气相低能结构。然而，例如，它们在还原表面上随着氧空位的增加而显著扭曲。在非化学计量比的表面上，Pt-Ti配位在确定吸附几何形状中成为主导。Pt $_n$ /TiO $_2$（110）体系的电子结构不能用纯密度泛函方法准确描述，特别是对于非化学计量比的情况，这是由于对$d$电子的关联处理不当造成的.我们进行了DFT+U计算，给出了一个合理的描述重构金红石（110）表面。Pt团簇引起的局部表面弛豫影响了二氧化钛载体的能带边缘，并带来了一些带隙状态，这取决于团簇的大小。显着的带隙变窄发生在Pt $_n$ -表面相互作用，由于吸附物驱动状态的批量终止和减少的表面。另一方面，它们引起与重建表面的部分再氧化相关的带隙加宽。甚至对于金红石上的Pt $_4$也没有金属化。
2010-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dielectric relaxation induced by oxygen vacancies in Na$_{0.5}$Bi$_{0.5}$TiO$_{3}$ ceramics
研究了弛豫铁电体钛酸铋钠Na $_{0.5}$ Bi $_{0.5}$ TiO $_{3}$陶瓷的介电常数。测量是在真空烧结和热处理样品上进行的。在烧结态样品中观察到与结构相变相关的弥散介电异常.真空热处理后，介电常数（$ \varepsilon_{\text{max}} \sim 10^{4}$）出现强峰。$\varepsilon(T)$的异常是由慢极化过程（$f<10$ kHz）引起的，并且是不稳定的，在空气中加热到$\sim 800$ K时消失。采用Cole-Cole模型描述了$\varepsilon$的温度和频率依赖性，并考虑了非稳态极化的热激发衰减。认为介电异常是由空间电荷极化机制决定的。氧空位V $_{\rm{O}}^{\bullet \bullet}$和钛离子Ti $'_{\rm{Ti}}$上的电子被认为是负责观察到的现象。
2023-01-04 cond-mat.mtrl-sci
On the Impact of Solvation on a Au/TiO2 Nanocatalyst in Contact with Water
水作为普遍存在的溶剂，在与催化活性表面，特别是与促进的氧化物形成液固界面方面也是突出的。我们研究了复杂的界面的金纳米催化剂，钉扎的F中心的二氧化钛支持，和水。从头算模拟揭示了溶剂诱导的电荷重排在金属颗粒的微观细节。水被发现稳定电荷状态不同于气相作为结构比荷转移到溶剂的结果，从而改变表面反应性。的金属簇被示出为功能的阳离子和阴离子溶剂化，取决于在液体中的波动和极化效应，这创造了新的活性位点。这些观察开辟了一条途径，溶剂工程在液相多相催化。
2013-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Elucidating the barriers on direct water splitting: Key role of oxygen vacancy density and coordination over PbTiO$_3$ and TiO$_2$
在这项工作中，使用最先进的基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们发现，表面氧空位的浓度以及相对于彼此的配位对于PbTiO $_3$和TiO $_2$的（001）表面上的直接水裂解反应是至关重要的。对于水裂解反应发生在TiO $_2$ -终止的表面，它是必要的，有两个相邻的O-空位作为活性位点，主机两个吸附水分子。然而，O-H键的最终解离只有在额外的最近邻O-空位的存在下才是可能的。不幸的是，这一必要的第三个空位通过在TiO $_2$ -末端表面上捕获解离的H原子来抑制分子氢的形成。与TiO $_2$相比，PbTiO $_3$（001）表面上形成多达3个O-空位的能量成本较低，Pb的存在导致这些表面上的O键较弱。在PbTiO $_3$的PbO末端表面上，分子氢的形成更有利，仅需要两个相邻的氧空位。然而，氢分子被弱范德华力保留在表面附近。我们的研究表明，两个障碍导致直接水裂解工艺的低生产率。首先，存在由至少两个最近邻O-空位的要求施加的熵势垒，空间上阻碍该过程。此外，在TiO $_2$ -封端的表面上，或从PbO-封端的表面去除H $_2$分子上，也存在形成的双势垒。
2020-09-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Aggregation and Electronically-Induced Migration of Oxygen Vacancies in TiO2 Anatase
利用扫描隧道显微镜（STM）研究了电场和电流对TiO2陶瓷中氧空位行为的影响。VO在（101）面不稳定，在200 K以上的温度下迁移到体相。在大于+4.3 V的样品偏压下扫描干净的SOI（101）表面，在扫描区域中产生表面VO，表明表面下VO迁移回表面。为了验证这一假设，表面VO首先通过高能电子轰击产生。然后对样品进行温和退火，这导致VO移动到次表面区域，在那里它们形成空位簇。这些VO簇具有各种不同的形状。扫描VO集群与高STM偏置可重复地将它们转换回分组的表面VO，具有的配置是每种类型的集群的特征。系统地研究了亚表面到表面VO迁移对STM偏压、隧穿电流和样品温度的依赖关系。结果指出，在这一过程中，充满活力的“热”电子起着关键作用。这一发现与氧化物的忆阻行为和氧在固体氧化物膜中的扩散密切相关。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Photoabsorption from Cobalt Implanted Rutile TiO2 (110) Surfaces
本文研究了单晶金红石型TiO_2（110）表面经低注量Co ~（2+）离子注入后的光吸收特性。注入后的表面，展示了纳米结构和各向异性纳米波纹图案的制造。还观察到这些样品的氧空位（Ti 3+状态）以及带隙修改的创建。这里提出的结果表明，自组织纳米结构的制造和氧空位的发展，钴注入后，促进在紫外（2倍）和可见光（5倍）制度的光吸收的增强。这些纳米结构的二氧化钛表面的研究可以是重要的光催化。
2015-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Black brookite rich in oxygen vacancies as an active photocatalyst for CO2 conversion: experiments and first-principles calculations
本研究通过高压扭转制备富含氧空位的黑色板钛矿，结合实验与第一性原理计算证明其具有增强光吸收、窄带隙和低复合率，从而提升CO2光催化转化活性并优于商业板钛矿和P25。
2024-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio investigation of finite size effects in rutile titania nanoparticles with semilocal and nonlocal density functionals
本文利用杂化泛函与GGA级DFT计算研究金红石型TiO2纳米颗粒表面能和能带结构的尺寸收敛行为，解耦几何与电子有限尺寸效应，发现表面能电子效应在约10 Å以上消失，而带隙内缺陷态使能带结构不收敛到体相极限。
2023-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Selective control of localised vs. delocalised carriers in anatase TiO2 through reaction with O2
氧空位在氧化物表面和界面诱导的二维金属态为高级应用的发展提供了新的机会，但是控制这些态的行为的能力仍然有限。利用角分辨光电子能谱学结合密度泛函理论研究了TiO_2（001）-（1x 4）表面氧空位诱导态的反应性，观察到了二维金属态和更深的隙内态.值得注意的是，当表面暴露于分子O2时，这两种状态表现出非常不同的演变：虽然IG几乎完全淬火，但金属状态仅受到微弱影响。从DFT计算产生的空位迁移和复合的能量尺度分析证实，确实只有IG起源于并保持在表面局部化，而金属态起源于表面下的空位，其在表面的迁移和复合在能量上不太有利，因此使它们对氧剂量不敏感。
2019-10-08 cond-mat.mtrl-sci
A permutation invariant collective variable to track and drive vacancy dynamics in simulations of solids
氧化物中的空位动力学对于理解氧化还原反应以及由此产生的忆阻效应或催化活性至关重要。提出了一种跟踪和驱动空位的方法，并将其应用于金红石中氧空位（V $_{\mathrm{O}}$）的亚稳态模拟，证明了该方法的有效性。利用密度泛函紧束缚方法，研究了TiO $_{2}$中氧空位的自由能超平面。我们发现，迁移的V $_{\mathrm{O}}$在TiO $_{2}$是由跳跃与实现的最高数量。自由能分布与最小能量路径一致。
2013-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of oxygen partial pressure on structural, transport and magnetic properties of Co doped TiO2 films
在6.6 × 10-3帕斯卡（Pa）至53 Pa范围内的各种氧分压下，使用脉冲激光沉积（PLD）工艺在硅和石英衬底上沉积Co-TiO 2的薄膜。研究了还原态CoxTi（1-x）O2（0 <x< 0.03）薄膜的晶体结构、输运性质和磁性，发现其与氧分压有很强的依赖关系。X射线衍射（XRD）数据揭示了含有金红石和金红石的混合相材料的存在。然而，这些阶段相互转化的变化，在腔室中的氧分压在薄膜的生长过程中。X射线光电子能谱学（XPS）显示Co浓度高达x=0.03的样品没有Co或CoO相关峰。然而，氧1 s峰是不对称的，表明存在氧空位。的运输和磁性测量显示出明确的依赖于氧空位的浓度。随着材料中产生更多空位，电导率和磁化强度增强。电阻率作为温度ρ（T）的函数遵循极化子行为，并且获得的活化能（~100至150 meV）在半导体材料的典型范围内。
2007-05-10 cond-mat.mtrl-sci
In-situ scattering studies of superconducting vacancy-ordered monoclinic TiO thin films
本文利用原位同步辐射 X 射线衍射研究分子束外延生长的空位有序单斜超导 TiO 薄膜，揭示空位长程有序降低无序并诱发 SMT，阐明其对氧化钛超导体正常态性质的关键作用。
2023-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Observation of vacancy-related polaron states at the surface of anatase and rutile TiO2 by high-resolution photoelectron spectroscopy
在可还原氧化物的表面区域中的缺陷，如TiO 2，对应用具有深远的影响，而它们的性质非常受小极化子形成的可能性的影响。在这里，我们探测金红石（110）和金红石（101）单晶通过高分辨率紫外光电子能谱学和解决多个组件的带隙中的众所周知的缺陷状态。在金红石中，我们发现两个在VBM+2.1 eV和VBM+1.4 eV，我们分配到次表面极化子陷阱和空位束缚态，分别确认预测的部分抑制极化子形成在高空位浓度。新的缺陷是由同步加速器光束原位创建的表面上。我们分配一个组件在VBM+2.3 eV，可以通过退火去除，极化子状态与表面氧空位。我们还确定了第二个组件在VBM+1.6 eV，这不能通过退火去除，是太深，与氧空位。
2014-06-12 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
Appearance of room temperature ferromagnetism in Cu-doped TiO$_{2-δ}$ films
本研究在脉冲激光沉积制备的Cu掺杂TiO₂薄膜中观测到室温铁磁性，结合从头算证实Cu最近邻的氧空位是铁磁性出现的关键，且Cu掺杂可促进氧空位形成，为稀磁半导体及自旋电子学材料研究提供了新依据。
2007-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Structure, stability, and mobility of small Pd clusters on the stoichiometric and defective TiO$_2$ (110) surfaces
本文报道了负载在金红石型TiO $_2$（110）表面的Pd $_n$（$n=1-4$）团簇的结构和吸附性能，表面可能存在氧空位或亚表面Ti间隙原子.正如密度泛函理论所预测的那样，小的Pd团簇更喜欢结合到化学计量的二氧化钛表面或在表面下的Ti间隙原子附近的网站。Pd团簇的吸附改变了基底表面的电子结构。对于具有氧空位的表面，由于Pd团簇的吸附，电荷局域化和铁磁自旋态被大大衰减。还报道了Pd单体在不同类型表面上的势能面。然后通过Metropolis Monte Carlo方法模拟烧结过程。氧空位的存在可能导致Pd团簇的解离。在化学计量表面或含Ti间隙原子的表面上，Pd单体倾向于烧结成较大的团簇，而Pd二聚体、三聚体和四聚体在600 K以下相对稳定。这一结果与过渡金属团簇的标准烧结模型和实验结果一致。
2011-10-11 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
Noble metal free photocatalytic H$_2$ generation on black TiO$_2$: On the influence of crystal facets vs. crystal damage
在这项研究中，我们调查贵金属自由光催化水分解天然单晶面和晶片切片的[001]平面之前和之后，这些表面已被修改的高压氢化（HPH）和氢离子注入。我们发现，在自然的，完整的低指数平面上的光催化H $_2$演变（在没有贵金属助催化剂的情况下）只能实现当氢化处理伴随着引入晶体损伤，如简单的划痕，在晶片中的误切或通过注入损伤。X射线反射率（XRR），拉曼光谱和光学反射测量表明，普通氢化导致约1 nm厚的黑色二氧化钛表面层没有活性，而无色，密度改性和约7 nm厚的层与破坏晶体对称性存在于离子注入表面。这些结果表明，i）完整的氧化物表面的H-处理需要与缺陷形成相结合以进行催化活化，和ii）活化不一定与黑色的存在相一致。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Origin of magnetic moments in defective TiO2 single crystals
在本文中，我们表明，铁磁性可以诱导纯二氧化钛单晶的氧离子辐照。通过结合X射线衍射，拉曼散射，和电子自旋共振光谱，一个缺陷复合物，\emph{i.e.} Ti $^{3+}$离子的替代网站伴随着氧空位，已被确定在辐照的TiO 2。这种缺陷复合物导致局域（TiO $_{6-x}$）伸缩拉曼模式。我们阐明了具有一个未成对3d电子的Ti $^{3+}$离子提供了局部磁矩。
2009-02-12 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
First-principles study of hydrogen dynamics in monoclinic TiO
本文基于第一性原理计算，发现单斜TiO中的氧空位是主要氢陷阱（吸收能-2.87 eV），其扩散势垒高达2.87至3.71 eV，确保氢原子在氧空位位点稳定存在至高温。
2023-06-17 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
Tunable polaronic conduction in anatase TiO2
通过UV光子（80 - 130 eV）在TiO 2中产生的氧空位提供了有效的电子掺杂机制，并诱导了迄今未观察到的分散金属态。角分辨光电子能谱（ARPES）表明，准粒子是大的极化子。这些结果表明，可以从绝缘体的极化子气体的弱相关的金属作为掺杂的函数，并澄清在这种材料中的导电性的性质，调谐的介电常数。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Atomically Resolved Surface Structure of SrTiO3(001) Thin Films Grown in Step-Flow Mode by Pulsed Laser Deposition
利用低温扫描隧道显微镜（STM）研究了脉冲激光（PLD）分步流动外延生长SrTiO 3（001）薄膜的表面结构。结果表明，在薄膜表面形成了一维TiO_x纳米结构，其密度随薄膜厚度的增加而增加。大多数的一维纳米结构消失后，沉积后退火，表明这种结构是亚稳态的，由于非平衡生长模式。退火后得到的表面表现出与较薄的膜相似的特征，具有（2x1）和（1x2）重构的畴结构，但具有较少的氧空位型缺陷。这些结果意味着，阶梯流生长是可能产生富TiO x的表面和Ti的薄膜中的缺陷。通过沉积后退火，富TiOx将从表面扩散到膜中，以补偿与Ti空位和氧空位相关的缺陷，导致具有较少氧空位的稳定表面结构。因此，STM测量可以为我们提供一个微观图片的表面化学计量的薄膜起源于生长过程的动力学，并可以提出一种新的方法来设计功能氧化物薄膜。
2010-04-01 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
Experimental and theoretical study of electronic and hyperfine properties of hydrogenated anatase (TiO$_2$): defects interplay and thermal stability
在这项研究中，我们报告的结果，从发射$^{57}$ Fe M ${ö}$ ssbauer光谱实验，使用稀释的$^{57}$ Mn注入到原始（TiO $_2$）和氢化TiO 2在300-700 K之间的温度保持。电子结构和局部环境的结果补充从头计算。在注入后，在原始样品中观察到Fe $^{2+}$和Fe $^{3+}$，其中后者证明了自旋-晶格弛豫。对于氢化的聚丁二烯获得的光谱显示没有Fe $^{3+}$贡献，表明氢作为供体。由于低阈值，氢扩散出晶格。从而显示出$^{57}$ Fe 14.4 keV态在时间尺度上的动态行为。周围的氧空位有利于高自旋Fe $^{2+}$状态。在室温下处理的样品显示出两种不同的氢运动过程。运动从间隙氢开始，然后切换到共价结合状态。氢向外扩散受到体缺陷的阻碍，这可能导致两个过程重叠。补充的UV-Vis和电导率测量显示氢化后电导率提高和光吸收更高。室温下的X射线光电子能谱学表明，在573 K下氢化的样品显示出Ti $^{3+}$和Ti $^{2+}$状态的存在。这可能意味着样品中存在大量的氧空位和-OH键。理论表明，在注入Mn（Fe），探针位于赤道附近的空位作为下一个最近的邻居，而亚稳态的氢配置是负责退火行为的样品。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Dual behavior of excess electrons in rutile TiO2
TiO2和其他过渡金属氧化物的导带中的电子行为是这些材料的许多应用的关键。实验似乎产生了相互矛盾的结果：光学和自旋共振技术揭示了强烈的局域化小极化子，而电学测量显示了只能用离域自由电子解释的高迁移率。通过混合泛函计算，我们解决了这个明显的矛盾，并表明，小极化子实际上可以共存于离域电子的导带中的TiO 2，前者是积极的只是稍微有利。我们还发现小极化子可以与氧空位和电离的浅施主杂质形成复合物，解释了在电子自旋共振实验中观察到的Ti $^{3+}$物种的丰富光谱。
2012-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Multi-Technique Characterization of Rhodium Gem-Dicarbonyls on TiO$_2$(110)
本研究采用多技术表面科学方法结合DFT，探究了单晶TiO$_2$(110)表面上的铑双羰基化合物，揭示了其在氧化物表面的复杂行为及多技术表征单原子催化剂的必要性。
2025-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Incorporation of Non-metal Impurities at the Anatase TiO$_2$(001)-(1$\times$4) Surface
我们用第一性原理计算研究了非金属杂质（N，C）在TiO_2-$_2$（001）-（1 $\times$ 4）重构表面的吸附和结合.我们详细分析了表面结构和局部应变对杂质结合位点和掺入途径的影响，并确定了促进杂质掺入的重要中间体。我们发现各种次表面间质结合位点和相应的表面$\rightarrow$次表面渗透途径上重建的表面。该表面也有利于表面下的氧空位的存在，吸附的物质可以迁移到该氧空位以形成替代杂质。最值得注意的是，我们表明，非暴露的氧网站下的表面有一个关键的作用，在纳入氮和碳的TiO $_2$（001）。
2012-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Growth and electronic properties of nanolines on TiO2-terminated SrTiO3(001) surfaces
用扫描隧道显微镜和光谱原位研究了同质外延生长的TiO_2封端的SrTiO_3（001）表面。通过控制Ti/Sr比，发现在表面上形成高度有序的线性纳米结构的二维域，即所谓的“纳米线”。为了进一步研究表面结构如何影响能带结构，对这些表面进行了光谱研究。我们的研究结果揭示了显着更多的带弯曲的表面与纳米线，表示与这些功能相关的受体状态。此外，在高缺氧条件下生长的纳米线表面上观察到间隙状态。这种状态似乎与先前观察到的相同，由表面氧空位的（++/+）跃迁能级引起。
2017-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancies on SrO-terminated SrTiO3(001) Surfaces studied by Scanning Tunneling Spectroscopy
利用扫描隧道谱和密度泛函理论研究了SrTiO 3（001）表面的电子结构。随着高动态范围的测量，在间隙中的过渡水平观察到的SrO终止的表面上，在2.7 eV以上的价带最大值。负责这一水平的中心的密度被发现增加与表面偏析的氧空位和减少与暴露于分子氧。基于这些发现，该水平归因于表面O空位。在一个类似的能量水平上的SrO终止的表面理论预测。对于TiO 2终止的表面，没有观察到离散的间隙状态，虽然理论上预测。这种信号的缺乏被认为是由于所涉及的缺陷波函数的性质，以及隧道光谱测量中的传输限制的可能影响。
2015-01-14 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
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
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
Enhanced magnetic and optical properties of oxygen deficient TiO$_{2-δ}$ nanoparticles synthesized by environment-friendly green route using whole plant extract of Phyllanthus niruri
本研究通过绿色合成法制备缺氧TiO$_{2-δ}$纳米颗粒，发现其具有增强的铁磁性和降低的光学带隙，归因于氧空位诱导的混合价态和电子跳跃机制。
2025-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Dopants, Defects and Magnetism in Epitaxial CoxTi1-xO2-x Anatase
我们表明，室温铁磁性的外延Co掺杂的TiO 2纳米晶是由电子介导的交换相互作用，而不是由金属Co簇。Co（II）取代晶格中的Ti（VI）并产生不贡献载流子的氧空位。自由电子起源于在生长过程中由于氧缺乏而产生的氧空位。
2002-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defect calculations in semiconductors through a dielectric-dependent hybrid DFT functional: the case of oxygen vacancies in metal oxides
我们研究了三种不同的金属氧化物半导体（金红石型和金红石型TiO 2，单斜晶系WO 3，和四斜晶系ZrO 2）中的氧空位的行为，使用最近提出的混合密度泛函方法，其中确切的交换分数是材料依赖的，但在自洽方案中获得从头算。特别是，我们计算相对于氧空位缺陷的电荷跃迁能级，并将计算的光学和热激发/发射能量与现有的实验结果进行比较，从而揭示潜在的激发机制和相关材料特性。我们发现，这种新的方法是能够再现不仅基态性能和能带结构的完美的大块氧化物材料，但也提供了与相应的亚化学计量缺陷系统中观察到的光学和电学行为一致的结果。
2015-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Stability of vacancy-free crystalline phases of titanium monoxide at high pressure and temperature
长期以来，存在一种范式，即TiO相在环境条件下只有当结构空位可用时才稳定。使用进化算法，我们进行了从头算搜索可能的零温多晶型TiO在宽的压力区间。我们通过准调和近似得到了考虑熵的竞争相的吉布斯自由能，并建立了系统的压力-温度图。我们发现，两个无空位的六方相是最稳定的，在相对较低的温度在很宽的压力范围内。这些阶段之间的过渡发生在28 GPa。只有高于1290 K，在环境压力下的相与空位（B1衍生）变得稳定。特别是，高压六方相显示出具有不寻常的电子特性，在电子光谱中具有明显的伪间隙。DFT-GGA和GW计算的比较表明，多体修正的帐户显着改变费米能附近的电子光谱。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Atomic-Scale Structure Relaxation, Chemistry and Charge Distribution of Dislocation Cores in SrTiO3
利用像差校正扫描透射电子显微镜的显微镜和光谱学技术，我们测定了10°倾斜SrTiO_3双晶中位错核的原子排列、占位、元素分布和电子结构。我们确定有两种不同类型的缺氧位错核心，即，SrO平面终止的Sr 0.82Ti 0.85O 3-x（Ti 3.67+，0.48它们具有相同的Burgers矢量a[100]，但原子排列和化学性质不同。除了氧空位，Sr空位和岩盐状氧化钛重建也被确定在位错核心与TiO 2平面终止。我们的原子尺度研究揭示了单个位错核心的真实原子结构和化学性质，为理解位错和晶界的性质提供了有用的见解。
2017-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Topographic and electronic structure of cleaved SrTiO3(001) surfaces
解理SrTiO 3（001）表面的形貌和电子结构进行了研究，采用样品，无论是有或没有被涂覆在其外表面上的Ti断裂前。在这两种情况下，SrO-和TiO 2-终止的梯田存在于解理表面上，使原位研究的任何终止。然而，发现在断裂之前涂覆有Ti的样品在涂覆之后的退火（除气）步骤期间在TiO 2终止的平台上产生更粗糙的形态以及更高密度的氧空位。在Ti涂覆的样品的本体中的较高密度的氧空位也提供了较高的电导率，这又提高了光谱的灵敏度，并降低了尖端诱导的能带弯曲的影响。尽管如此，在有和没有钛涂层的样品中观察到了相似的光谱特征，每个终端都是独一无二的。值得注意的是，与中温退火断裂后，一个强大的离散峰的电导谱，所产生的氧空位，观察到的SrO终止的梯田。对于涂层和未涂层样品，该峰出现在略微不同的电压下，表明可能存在尖端诱导带弯曲的影响。
2015-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
