Pressure-induced metal-insulator transition in oxygen-deficient LiNbO$_3$-type ferroelectrics
流体静压和氧空位通常对铁电材料具有有害影响，因为两者都倾向于降低它们的极化。在这项工作中，我们使用第一性原理计算研究一类重要的铁电材料-LiNbO $_3$型铁电体（LiNbO $_3$为原型），并发现，在缺氧LiNbO $_{3-δ}$，静水压力诱导一个意想不到的金属-绝缘体之间的转变8和9 GPa。我们的计算还发现，强极性位移坚持在金属和绝缘缺氧铌酸锂$_{3-δ}$和极性位移的大小是原始铌酸锂$_3$在相同的压力下。这些性质不同于广泛使用的钙钛矿铁电氧化物BaTiO $_3$，其极化被流体静压力和/或氧空位快速抑制。在缺氧LiNbO $_{3-δ}$中的异常压力驱动的金属-绝缘体转变起因于氧空位缺陷态的变化。流体静压增加了缺氧LiNbO $_{3-δ}$的极性位移，这减小了缺陷态的带宽，并最终将其转变为带隙态。在绝缘阶段，在流体静压下，带隙内态被进一步推离导带边缘，这增加了基本带隙。我们的工作表明，对于LiNbO $_3$型强铁电体，氧空位和静水压力的组合可以导致新的现象和潜在的功能，在钙钛矿铁电氧化物，如钛酸钡$_3$发生的有害影响。
2021-11-01 cond-mat.mtrl-sci
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
Polaron mobility in oxygen-deficient and lithium doped tungsten trioxide
本文研究了单斜三氧化钨中的电子局域化和极化子迁移率。我们发现，在氧空位的存在下形成的小极化子更喜欢双极化$W^{5+}- W^{5+}$配置，而$W^{6+}- W^{4+}$配置被发现是亚稳态的。我们的计算表明，双极化子被空位紧紧束缚，因此在很大程度上是不动的。相反，由于Li嵌入而形成的极化子可以是移动的，在这种情况下极化子跳跃的激活能取决于结晶方向在98和124 meV之间变化。在$Li-WO_{3}$中可能形成$W^{5+}- W^{5+}$双极化子。当位于沿$[001]$的双极化子配置是8毫电子伏的能量低于两个单独的$W^{5+}$极化子。
2015-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Hafnium carbide formation in oxygen deficient hafnium oxide thin films
在被碳氧化物吸附物污染的高度缺氧的氧化铪（Al 2 O3，HfO $_{2-x}$）薄膜上，在低至600 °C的温度下真空退火期间在表面形成碳化铪（HfC $_x$）。使用X-射线光电子能谱学的演变的HfC $_x$表面层相关的从绝缘到金属状态的转变进行监测原位。相比之下，对于在相同条件下制备和测量的完全化学计量的HfO $_2$薄膜，没有检测到HfC $_x$的形成，这表明碳氧化物在缺氧膜上的增强的吸附为碳化物的形成提供了碳源。这表明，在碳污染的氧化铪中高浓度的氧空位显著降低了碳化铪的形成能。因此，在电阻式随机存取存储器装置中存在足够量的残余碳可能由于焦耳加热而导致在导电细丝内形成类似的碳化物。
2016-06-27 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
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
Ferrimagnetism induced by thermal vibrations in oxygen-deficient manganite heterostructures
该研究基于密度泛函理论提出，在缺氧锰氧化物异质结构中利用热振动引起的氧空位择优位移来诱导亚铁磁性，并揭示其随温度先增强后消失的独特可检测规律。
2024-05-07 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 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
Informatics-based learning of oxygen vacancy ordering principles in oxygen-deficient perovskites
本研究针对缺氧钙钛矿中氧空位有序化规律问题，提出基于(111)赝立方层均匀平面空位模式的生成算法，结合第一性原理计算明确稳定性影响因素，为定向设计新型化合物的空位结构提供了依据。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Nano granular metallic Fe - oxygen deficient TiO$_{2-δ}$ composite films: A room temperature, highly carrier polarized magnetic semiconductor
采用脉冲激光烧蚀沉积（PLD）技术，在低氧室气压下，在（100）铝酸镧（LaAlO $_3$）基片上共沉积纳米颗粒金属铁（Fe）和钛白（TiO $_{2-δ}$）。Fe和TiO $_2$的共沉积导致$\approx$ 10 nm金属Fe球形颗粒悬浮在TiO $_{2-δ}$基质中。该薄膜在室温下具有3100高斯的饱和磁化强度，表现出铁磁行为。根据Fe球的尺寸和分布，我们对饱和磁化强度的估计与测量值吻合得很好。薄膜复合结构的特征在于在300 K下为p型磁性半导体，具有$ 10^{22} /{\rm cm^3}$量级的载流子密度。空穴载流子在纳米颗粒Fe和TiO $_{2-δ}$基质之间的界面处被激发，类似于在金属氧化物半导体（MOS）器件中通常观察到的金属/n型半导体界面中被激发的空穴。从这些薄膜中直接观察到的大的反常霍尔效应可以看出，在界面处的空穴是强自旋极化的。结构和磁输运性质表明，这些PLD薄膜具有潜在的纳米自旋电子学应用。
2008-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Impact of terahertz short pulses on the oxygen defect state in TiO$_{2-x}$
本研究通过太赫兹泵浦/红外探测实验，揭示了太赫兹短脉冲可将TiO$_{2-x}$中深度局域电子转化为纳秒寿命的亚稳态极化子，为新型光电应用提供可能。
2024-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Raman and photoluminescence spectroscopic studies on structural disorder in oxygen deficient Gd2Ti2O7-d single crystals
本文报道了在氩气氛下用光学浮区法生长的Gd_2Ti_2O_（7-d）单晶中氧空位引起的结构无序的拉曼光谱和光致发光光谱研究。Gd 2 Ti 2 O 7-d晶片中的氧空位随着在空气气氛中的热退火而减少。生长后热退火的X射线衍射摇摆曲线的半高宽从245降低到157角秒，光学透射率从23%增加到87%（在1000 nm处）。拉曼光谱研究表明，随着热退火，O-Gd-O（Eg）和Ti-O（A1 g）伸缩模的强度单调增加。由于这些模式是与调制的氧x参数，这是敏感的Ti-O八面体畸变，拉曼强度的增加表明在Gd 2 Ti 2 O 7-d的氧亚晶格的结构有序性的改善。此外，光致发光的研究也证实了拉曼分析方面的减少与氧空位作为一个功能的热退火的结构缺陷。这项研究表明，使用拉曼光谱探测Gd 2 Ti 2 O 7-d晶体中的结构无序的有效性。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
The color center singlet state of oxygen vacancies in TiO$_2$
氧空位在TiO $_2$中普遍存在，并且在催化和磁性应用中起关键作用。TiO $_2$中氧空位的电子结构在实验上和理论上都存在争议，本文报道了用电子能谱方法研究TiO $_2$中的中性氧空位.用量子化学电子结构方法研究了TiO $_2$的金红石相和金红石相的基态，发现其基态均为色心单重态。具体地，嵌入式CCSD（T）计算发现，对于金红石中的氧空位，最低三重态能量比单重态高0.6eV，并且在金红石中，三重态能量高1.4eV。我们的研究为TiO $_2$中氧空位的电子结构提供了新的见解，澄清了早期的争议，并可能启发未来的缺陷相关波函数理论的研究。
2020-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unconventional ratiometric-enhanced optical sensing of oxygen by mixed-phase TiO2
我们表明，混合相钛白（TiO 2）可以有效地采用作为一种非常规的，无机的，双发射和比率光学传感器的O2。金红石型和金红石型TiO 2 PL和它们对O2的特有的反相关PL响应的同时可用性允许使用它们的比率作为与O2浓度相关的测量参数，导致实验响应度通过构造大于单相PL检测可获得的响应度。给出了这一概念的证明，显示了由比率法提供的光学响应度的两倍增强。除了独特的比率增强响应度之外，混合相TiO 2的其他特性可以被设想为有利于O2光学探测，即：a）低生产成本，b）不存在异质组分，c）自支撑特性。这些特性鼓励以具有竞争力的价格试验其用于需要高指示剂量的应用，还可能解决开发携带发光探针的支持基质的需要，并避免与使用不同组分进行比率传感相关的问题。
2016-07-16 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
Magnetic properties of defect-free and oxygen-deficient cubic SrCoO$_{3-δ}$
采用投影增强平面波方法和格林函数方法对钙钛矿结构SrCoO $_{3-δ}$和$δ\leq 0.15$的电子和磁性进行了理论研究。从各种实验中已知该材料是铁磁性的，居里温度为260 $\,$ K至305 $\,$ K，磁矩为1.5 ${\,μ_\text{B}}$至3.0 ${\,μ_\text{B}}$。应用格林函数方法中的磁力定理，我们计算了SrCoO $_{3-δ}$的磁交换参数，并估计了居里温度。包括GGA $+U$方法中有效$U$参数的相关效应，并通过混合函数计算验证这一点，我们获得了与缺氧相关的居里温度，接近实验值。
2015-08-17 cond-mat.mtrl-sci
The origin of the ferroelectric-like orthorhombic phase in oxygen-deficient HfO2-y nanoparticles
本文通过XRD、EPR和DFT计算揭示了氧缺陷及钇掺杂HfO2-y纳米颗粒中类铁电正交相的形成机制，并提出了修正的有效LGD模型，为硅兼容铁电纳米材料设计提供理论工具。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Deficient α-MoO3 with Promoted Adsorption and State-Quenching of H2O for Gas Sensor: A DFT Study
具有可还原阳离子的半导体氧化物是纳米电子学和催化剂中各种功能应用的理想平台。在这里，我们报告了一个可调的电子性能和不同的气体吸附行为后，引入氧空位（VO）的单层α-MoO 3。α-MoO 3的独特性质是它含有三种不同类型的氧原子，占据了其他低维氧化物中不存在的三个Wyckoff位点，并提供了丰富的电子杂化态。VO的存在触发了导带最小值以下约0.59 eV处的间隙中的中间态，并显著降低了功函数，以及近红外处的新激发。与VO的悬挂态相关的重新排列的费米能级减少了邻近的Mo原子，并影响其后的气体吸附。VO以上的H_2O分子的结合能是理想晶格位的2.5倍，最高可达-0.75eV，电子转移趋势也相反。后者是与浅局域态的带隙，由于H2O吸附以上完美的MoO 3，成为淬灭后，吸附在VO网站。由于α-MoO_3中存在丰富的缺陷态，拓宽了光吸收，促进了水的吸收，有利于α-MoO_3在光电子学、光热疗法、湿度传感器等方面的应用。
2022-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Surface and interface effects in oxygen deficient SrMnO$_3$ thin films grown on SrTiO$_3$
复杂的氧化物功能，如铁电性，磁性或超导性，往往是在外延薄膜的几何形状。氧空位往往是这些材料中的主要缺陷类型，但到目前为止，对它们的稳定性和电子结构的基本理解大多建立在体块或应变体块中，忽略了薄膜几何形状中存在的界面和表面。本文通过密度泛函理论计算研究了在SrTiO $_3$（STO）（001）衬底上生长的SrMnO $_3$（SMO）薄膜模型体系中的氧空位。结构和电子的差异相比，散装SMO的结果主要是在膜表面的配位不足。改变的晶体场导致子表面的价带状态的耗尽和转移这种电荷到表面Mn原子，这两者都强烈影响膜中的缺陷化学。结果是与较深层相比，表面区域中的氧空位的强烈偏好。最后，对于衬底中的亚稳态氧空位，我们预测缺陷与其过量电荷在空间上分离，后者被容纳在薄膜中但靠近衬底边界。这些结果表明，表面和界面效应导致显着差异的稳定性和电子结构的氧空位在薄膜的几何形状相比，（应变）散装。
2021-02-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Hydrogen-substituted superconductors SmFeAsO1-xHx misidentified as oxygen-deficient SmFeAsO1-x
在高压合成条件下，通过改变Sm：Fe：As：O = 1：1：1：1-x前驱体周围气氛，研究了1111型SmFeAsO氧位电子掺杂的择优取向。在H_2O和H_2气氛下，将H_2O或H_2分子中的氢作为氢离子引入到氧位，得到SmFeAsO_（1-x）H_x。然而，当从合成过程中去除H2O和H2源时，获得接近化学计量的SmFeAsO，并且引入的氧空位的最大量保持x = 0.05（4）。密度泛函理论计算表明，在SmFeAsO的氧位上，氢以H-的形式取代比氧空位的形成更稳定.这些结果强烈暗示，缺氧SmFeAsO 1-x以前报道的是SmFeAsO 1-xHx与氢化物离子纳入无意中在高压合成。
2015-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A DFT+$U$+$V$ study of pristine and oxygen-deficient HfO$_2$ with self-consistent Hubbard parameters
Zhejiang University（浙江大学）；Westlake University（西湖大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院）
本研究通过DFT+$U$+$V$方法探讨HfO₂的电子结构，揭示自洽Hubbard参数对预测热力学稳定性、带隙和氧空位形成能的重要性。
2025-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Nano-scale oxygen octahedral tilting in 0.90(Bi1/2Na1/2)TiO3-0.05(Bi1/2K1/2)TiO3-0.05BaTiO3 lead-free perovskite piezoelectric ceramics
用透射电镜（TEM）研究了0.90（Bi_（1/2）Na_（1/2））TiO_3 -0.5（Bi_（1/2）K_（1/2））TiO_3 - 0.5BaTiO_3无铅钙钛矿压电陶瓷中的氧八面体倾斜畴。选区电子衍射图显示1/2 ooo和1/2 ooe反射，分别表示反相（a-a-a-）和同相（aoaoc+）八面体倾斜的存在。这些倾斜畴的形态和分布在中心暗场图像中示出。此外，布拉格滤波的高分辨率TEM图像显示，同相倾斜畴的大小从1到8 nm不等。该陶瓷包含非倾斜畴和反相和同相倾斜畴的变体的混合物。
2009-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
The impact of niobium doping upon the magnetotransport properties of the oxygen-deficient perovskite SrCo1-xNbxO3-d
采用直接固相反应法合成了贫氧钙钛矿型钴酸盐SrCo 1-xNbxO 3-d，并对其磁输运性质进行了研究。这种钴酸盐表现出不寻常的铁磁行为，其转变温度Tm = 130-150 K，并且在低于Tm时表现出类似自旋玻璃的行为。重要的是，该相达到大的磁电阻（MR）值，MR = -（rH-r 0）/r 0 = 30%，在5 K下在7 T下。大的MR效应被认为是与由Nb替代Co引起的无序磁状态有关。
2005-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable ferroelectricity in oxygen-deficient perovskites
本文通过第一性原理计算预测具有Grenier结构和有序氧空位的氧化物钙钛矿可实现可调铁电性，发现阳离子尺寸与稀土元素选择可调控自发极化和翻转势垒，为微电子应用提供了新材料方向。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-mediated quantum coherence of $W^{5+}$ spins in an oxygen-deficient double perovskite
本研究以氧缺陷型双钙钛矿为主体材料，通过实验与计算结合，确定晶格动力学对W⁵⁺自旋相干寿命的影响，发现动态驱动的位点对称性增加可增强T₂，且在室温下观察到量子叠加，为量子技术发展提供关键 insights。
2025-02-13 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
Persistent Optically Induced Magnetism in Oxygen-Deficient Strontium Titanate
钛酸锶（SrTiO $_3$）是复合氧化物电子学新兴领域的基础材料。虽然SrTiO $_3$的电子和光学性质已经被研究了几十年，但最近已成为新的材料研究焦点，部分原因是在SrTiO $_3$和其他氧化物之间的界面处发现了磁性和超导性。氧空位的形成和分布可能在这些效应中起重要作用，但尚未完全理解。此外，最近的签名磁化栅SrTiO $_3$有进一步的利益，在这种名义上的电磁材料的涌现。在这里，我们观察到的光诱导和持续的磁化在缺氧SrTiO $_{3-δ}$使用磁圆二色性（MCD）光谱和SQUID磁强计。这种零场磁化出现在低于~ 18 K，在低于10 K持续数小时，并且可以通过亚带隙（400- 500 nm）光的偏振和波长进行调谐。这些效应只发生在缺氧的样品中，揭示了原型氧化物材料中磁性，晶格缺陷和光之间的详细相互作用。
2014-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local polarization in oxygen-deficient LaMnO$_3$ induced by charge localization in the Jahn-Teller distorted structure
已知过渡金属钙钛矿氧化物的功能性质是由磁性、极化、应变和化学计量的复杂相互作用产生的。在这里，我们表明，与合作的Jahn-Teller失真的材料，如LaMnO $_3$（LMO），轨道顺序也可以耦合到缺陷化学和诱导新的材料性能。在低温下，LMO表现出强烈的Jahn-Teller畸变，分裂高自旋Mn $^{3+}$离子的$e_g$轨道，并导致交替的长、短和中间Mn-O键。我们的DFT+ $U$计算表明，作为这种轨道顺序的结果，在LMO的氧空位形成时的电荷本地化不同于其他锰氧化物，如SrMnO $_3$，其中两个额外的电子减少两个Mn的网站相邻的空缺。在LMO中，缺陷周围的弛豫取决于哪种类型的Mn-O键被破坏，影响$d$ -轨道能量并导致相对于空位的不对称和极性过剩电子定位。此外，我们表明，锰-O键长，轨道顺序，从而电荷本地化和极性是可调的通过应变。
2020-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical dissipation from charge and spin transitions in oxygen deficient SrTiO_3
处于相对运动中的物体被几纳米的间隙隔开，可以经受微小的摩擦力。这种非接触耗散可以有各种起源，并可以成功地测量一个敏感的摆原子力显微镜尖端横向振荡的表面。在这里，我们报告了低温（T = 5 K）下缺氧钛酸锶（SrTiO_3）表面在选定的电压依赖性尖端表面距离处观察到的耗散峰。观察到的耗散峰归因于尖端诱导的电荷和自旋态的转变在量子点的实体形成的单一的氧空位（及其集群，可能通过集体机制）在SrTiO_3的表面，这在技术和基础研究的相关性，为进一步的研究和应用开辟了重要的途径。
2018-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Persistent photoconductivity in oxygen deficient YBCO/LCMO superlattices grown by PLD
本文报道了氧还原PLD生长的YBa_2Cu_3O_（7-δ）/La_（2/3）Ca_（1/3）MnO_（3-y）（YBCO/LCMO）超晶格中的大的持续光电导（PPC），它与单层YBa_2Cu_3O_（7-δ）薄膜中观察到的PPC相似。这些结果与以前在溅射双层样品中只发现瞬态光电导（TPC）的观察结果相矛盾，我们认为，超晶格中的PPC效应是由于YBa_2Cu_3O_（7-x）层与La_（2/3）Ca_（1/3）MnO_（3-y）之间有限的电荷转移引起的PPC效应。这种差异是由于界面上电荷的渗透性不同，并揭示了氧化物界面性质对制备细节的敏感性。
2013-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Electronic Structures of Oxygen-deficient Ta2O5
我们提供了一个第一性原理描述的结晶和缺氧Ta2O5使用精细的计算方法和模型。通过对一些候选结构进行计算，我们确定了低温相和几种稳定的氧空位构型，这与以前的结果有明显的不同。最稳定的电中性空位在导带底部附近产生浅能级。研究了不同荷电状态下的稳定性。在此基础上，我们讨论了能级结构对实验的影响，包括Ta2O5基电子器件和催化剂中的漏电流。
2012-11-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Plentiful magnetic moments in oxygen deficient SrTiO3
利用关联能带理论研究了SrTiO $_3$中不同排列的氧双空位和氧三空位团簇的磁性和电子性质。空穴和电子掺杂的缺氧SrTiO $_3$产生不同程度的磁化作为一个结果的局部磁矩之间的相互作用在缺陷的网站。不同种类的Ti原子轨道杂化被描述为掺杂水平和缺陷几何形状的函数。我们发现，在SrTiO $_{3-δ}$的磁性是敏感的相邻空位的位置，载流子密度，和空位-空位相互作用的安排。在没有空位掺杂电子的情况下观察到永久磁矩。我们的氧空位的带电集群的描述拓宽了以前的单和多空位的描述，并指出了在原子水平上的缺陷的控制形成的重要性，实现过渡金属氧化物基器件具有理想的磁性能。
2015-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thickness-dependent magnetic properties of oxygen-deficient EuO
我们研究了缺氧EuO溅射薄膜的磁性随厚度的变化。极化中子反射仪测量的磁矩和居里温度随厚度的减小而减小。我们的研究结果表明，最近邻数的减少，能带弯曲和部分的电子态，携带与4f轨道的Eu的自旋的减少都是在表面诱导的变化的磁性的EuO $_{1-x}$的贡献因素。
2011-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metallicity in Ultra-Thin Oxygen-Deficient SrTiO$_3$ Thin Films
我们报道了在（001）SrTiO $_3$或DyScO $_3$缓冲的（001）SrTiO $_3$衬底上相干应变时，在缺氧SrTiO $_3$的薄膜中观察到的金属行为。这些膜在2 K下具有高达2 $\times10^{22}$ cm $^{-3}$的载流子浓度和高达19，000 cm $^2$ /V·s的迁移率。在我们的SrTiO $_{3-δ}$薄膜中存在非导电层，该非导电层在具有较低载流子浓度的薄膜中较大。该非导电层可以归因于由于费米能级钉扎电势而引起的表面耗尽层。在SrTiO $_3$和$_3$薄膜之间插入DyScO $_3$缓冲层对薄膜的耗尽宽度、输运和结构特性没有很大影响。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi-Level-Dependent Defect Chemistry and Oxygen Evolution Reaction Activity of Fe-Doped and Oxygen-Deficient \ce{SrTiO3}(001)
Institut für Materialwissenschaft, Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学材料科学研究所）
通过第一性原理计算，研究Fe掺杂和氧空位在不同电荷态下对SrTiO3(001)表面析氧反应活性的影响，发现过电位随费米能级变化，提出费米能级工程调控缺陷介导的OER活性。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
On the processing of anatase La-doped TiO2 nanopowders: structural phase transition and surface defect engineering
优化与TiO2纳米粒子光催化效率相关的物理和化学性质的努力主要依赖于缺陷工程策略，其中结构和掺杂是最常见的策略。镧系元素的掺杂可以将TiO2的光吸收转换到可见光范围，从而大大提高其光催化效率。在这里，我们表明，在氧气气氛和La掺杂的TiO 2纳米粒子的处理稳定的α相。La的掺入主要发生在纳米颗粒的表面，从而导致与未掺杂的TiO 2相比小的纳米颗粒。尽管有效的La掺杂，能量带隙的减少是由与纳米颗粒尺寸的减少相关的量子限制效应补偿的。然而，La3+离子在纳米颗粒表面上的位置诱导氧空位的局部浓度，这可以增加系统的量子效率，从而导致更高的光催化活性。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Variable-range-hopping conduction processes in oxygen deficient polycrystalline ZnO films
我们采用射频溅射沉积法制备了贫氧多晶ZnO薄膜。为了系统地研究这些样品中的电荷传输机制，在从300 K到液氦温度的宽温度范围内测量了电介电常数。我们发现，低于约100 K，可变范围跳跃（VRH）导电过程支配的电荷输运性质。特别地，Mott VRH传导过程在较高温度下占主导地位，而在较低温度下交叉到Efros-Shklovskii（ES）VRH传导过程。交叉发生在温度高达几十开氏度。此外，电阻率的温度行为在整个VRH导电制度从莫特型ES型过程中可以很好地描述了一个普遍的标度律。
2017-02-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Magnetic measurements and 57Fe Mossbauer spectroscopy in oxygen deficient SmFeAsO0.85
对T_c =52.4 K的缺氧高温超导体SmFeAsO_（0.85）进行了磁性测量和~（57）Fe穆斯堡尔谱研究。从交流测量的实部提取上临界行为（HC 2）值。HC 2的场依赖性与两带模型一致。穆斯堡尔谱在TC以下和TC以上分别由一个单线态和一个双线态组成，这是由于Fe离子在其附近分别有两个或一个氧离子。在与被两个氧离子包围的Fe离子相关的主要（~75%）单线态中没有观察到变化。另一方面，在TC以下，检测氧空位的二重态显示出明确的磁性六重态。这表明在微观水平上共存的两个相互排斥的状态，即：超导性，这是局限于Fe-As层和磁性，在相同的层。或者，双合线的超精细参数与在77 K下磁性有序的FeAs的报道值相似。因此，在TC以下观察到的磁性特征可能与作为额外相的FeAs有关。
2008-06-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Intrinsic Ferromagnetism in the Diluted Magnetic Semiconductor Co:TiO$_2$
在这里，我们提出了一个研究的磁性\CTO的薄膜脉冲激光沉积下的氧分压和沉积速率的变化。能量色散谱和透射电子显微镜分析表明，高沉积速率导致均匀的微观结构，而非常低的速率或退火后的钴集群的结果。深度分辨低能μ子自旋旋转实验表明，在低氧分压（$\approx 10^{-6}$压）下生长的具有均匀结构的薄膜是完全磁性的，这表明了内在的铁磁性。第一性原理计算确定了低氧分压在实现均匀载体介导的铁磁性中的有益作用。本工作证明了Co：TiO $_2$是一种本征稀磁半导体。
2016-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of Multiple Magnetic Interactions in Oxygen Deficient V2O5 Nanoparticles
本研究针对缺氧V2O5纳米颗粒，结合多种表征与第一性原理计算，揭示其缺陷诱导的磁电子相分离及类自旋玻璃的多磁有序共存机制，阐明了极化子、V4+缺陷与磁相互作用的关联。
2024-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermally stimulated luminescence of oxygen-deficient zirconia nanotubes
具有本征缺陷的ZrO $_2$纳米管阵列是用于检测、存储和转换能量的设备的发展的有前途的固态基础。采用阳极氧化法制备了长5 $μ$ m、直径30 nm、含有氧空位及其复合物的自有序氧化锆纳米管。研究了能量为4.1eV的紫外光辐照样品在室温以上的光谱分辨TSL（热释光）。发现了两个发射带，其最大值分别在2.5和2.8 eV附近，分别与T和F+中心的辐射弛豫有关，在一般有序动力学框架内对测量的发光曲线进行了分析，确定了由载流子陷阱引起的四个TSL峰的存在，其激活能为0.7 - 0.8 eV。提出了一个带图来解释的作用，光学活性中心的基础上观察到的TSL过程中的照射和随后的加热的阴离子缺陷的ZrO $_2$纳米管的电子（空缺的位置，三，四配位的氧）和空穴（间隙氧离子）陷阱。
2022-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A Facile Strategy for the Growth of High-Quality Tungsten Disulfide Crystals Mediated by Oxygen-Deficient Oxide Precursors
化学气相沉积（CVD）已被确立为用于大规模合成过渡金属二硫属化物（例如二硫化钨（WS 2））的通用路线。然而，前体组合物对CVD工艺的效率的作用在很大程度上仍然是未知的，有待探索。在这里，我们采用脉冲激光沉积（PLD）在两个阶段的过程中，调整氧化钨（WO 3-x）前体中的氧含量，并证明了氧空位的存在下，在前体膜导致更容易转换从WO 3-x到WS 2。使用基于从头计算密度泛函理论（DFT）计算和实验的联合研究，我们解开，在WO 3-x的氧空位可以作为壁龛，通过硫原子进入晶格，并可能促进WS 2晶体的有效生长。通过单独调节前驱体的化学计量比，WS 2的光致发光发射可以大大增强，而WS 2域的尺寸显著增加。原子分辨率扫描透射电子显微镜（STEM）显示，钨空位是占主导地位的本征缺陷的单层和双层WS 2。此外，我们的数据表明，双层WS 2中的晶界出现在AA'和AB-取向的晶体合并后，而湍流静莫尔图案起源于底部和底层之间形成明显的晶界。原子分辨率的图像显示局部应变积累双层WS 2由于复杂的晶界的竞争效应。我们的研究提供了一种手段来调整前体组合物，以控制横向生长的TMD，同时揭示了不同的途径形成的双层WS 2的晶界的见解。
2022-02-23 cond-mat.mtrl-sci
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
Competition between ferromagnetism and spin glass: the key for large magnetoresistance in oxygen deficient perovskites SrCo1-xMxO3-d (M = Nb, Ru)
研究了缺氧钙钛矿SrCo_（1-x）M_xO_（3-d）（M = Nb和Ru）的磁性和磁输运性质。Nb和Ru取代的钴酸盐都是弱铁磁体，其转变温度分别为130-150 K和130-180 K，并且在低于Tf = 80-90 K的温度下都表现出自旋玻璃行为。结果表明，铁磁性与自旋玻璃态之间存在着强烈的竞争，Co 4+引起铁磁性，而Nb或Ru在Co位的替代引起磁无序，这种特殊的磁性行为是这些氧化物大的负磁电阻的来源，在5 K和7 T下达到30%.基于铌和钌阳离子的不同电子构型，讨论了铌和钌取代钴酸盐之间的差异。
2005-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic structure and excitations in oxygen deficient CeO$_{2-δ}$ from DFT calculations
用密度泛函理论计算了CeO $_{2-δ}$超晶胞的电子结构。广义梯度近似（GGA）能很好地再现晶格常数、体积模量和磁矩等平衡性质。电子激发模拟强有力的总能量计算与原子核或价空穴的约束状态。原始的氧化铈CeO $_2$被发现是一种非磁性绝缘体，一旦从结构中去除氧，磁性就会出现。在有缺陷的氧化铈的基态中，Ce- $f$多数带位于费米能级附近，但由于终态效应，在光电子能谱实验中出现在费米能级以下约2 eV处。我们还通过计算Ce-M $_5$和O-K X射线吸收光谱中的阈值能量并将理论预测与相应的测量结果进行比较来测试我们的计算方法。我们的研究结果，$f$电子驻留在费米能级附近的缺氧氧化铈的基态是至关重要的理解CeO $_2$和相关材料的催化性能。
2014-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The interactions of same-row oxygen vacancies on rutile TiO$_2$(110)
基于金红石（110）表面氧空位的偶极-弹性模型，解析计算了周期性双空位阵列的总能量，并从总能量密度泛函理论（DFT）计算中提取了相互作用参数.我们的计算表明，偶极模型适用于次近邻空位和超越。相邻空位的弹性偶极相互作用消失，但它们仍然经历静电排斥。建议的相互作用模型预测的空位分离分布，同意与我们的超高真空扫描隧道显微镜实验中确定的，并提供了一个角度来理解早期的DFT报告。
2013-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Charge Localization Dynamics induced by Oxygen Vacancies on the Titania TiO$_2$(110) Surface
用{ \it ab initio}分子动力学研究了氧空位在$\mathrm{TiO_{2}(110)}$金红石表面产生F-心的动力学。这些模拟揭示了一个真正复杂的，随时间变化的行为波动的电子局域拓扑结构的附近的氧空位。虽然两个多余的电子被发现优先填充的第二次表面层，他们偶尔访问表面网站，也第三次表面层。过量电荷的这种动力学行为解释了迄今为止理论发现和实验数据的相互矛盾的解释。
2010-08-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
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
Charge doping and large lattice expansion in oxygen-deficient heteroepitaxial WO3
三氧化钨是一种用途广泛的材料，从电致变色和光电子器件到水分解和化学反应的催化剂，都有广泛的应用。对于技术应用，WO 3的薄膜特别有吸引力，利用高表面积与体积比和可调的物理性质。然而，化学计量的结晶薄膜的生长是具有挑战性的，因为沉积条件对氧空位的形成非常敏感。在这项工作中，我们展示了如何背景氧气压力在脉冲激光沉积过程中可以用来调整的结构和电子性能的WO 3薄膜。通过进行X射线衍射和低温传输测量，我们发现WO3晶格体积的变化高达10%，伴随着绝缘体到金属的过渡作为电子掺杂水平增加的函数。我们使用先进的从头计算详细描述的氧空位缺陷态的性质，和它们的演变方面的过剩电荷浓度。我们的研究结果描绘了一个有趣的情况下，结构，电子，光学和传输性能的WO 3单晶薄膜都可以有目的地调整通过适当的控制在生长过程中形成的氧空位。
2017-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
