Effect of Oxygen Vacancy Defects on Electronic and Optical Properties of $MgO$ Monolayers: First Principles Study
用密度泛函理论的混合水平研究了MgO（111）单分子膜中氧空位缺陷引起的光电性质。HSE计算表明，由于引入氧空位，MgO单层的电子带隙显着减少。原始单分子膜具有宽带隙（4.84 eV，间接）半导体行为，当氧空位缺陷浓度分别增加6.25%和12.5%时，带隙分别变为2.97 eV（间接）和2.28 eV（直接）。因此，氧空位的存在导致能量红移的观察到的光学现象与原始单层。最重要的是，具有两个连续空位的双空位系统显示出最强的光学吸收，并且在电磁波谱中从可见光到紫外区域的光谱范围内也变得光学响应。因此，在MgO单层中产生氧钒可能是获得合适的太阳能材料的富有成效的技术。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Confined Oxygen-Vacancy Migration Drives Ferroelectric Switching
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；the Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过第一性原理计算发现，Bi2SeO5中的氧空位在SeO3单元内受限迁移，产生可开关的极化，解释了其反常铁电性。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Investigation of Oxygen-Vacancy Diffusion in SrTiO$_3$ using Neural Network Potentials
Graduate School of System Informatics, Kobe University（神户大学系统信息研究生院）
本研究开发适用于SrTiO$_3$的神经网络势，通过大规模分子动力学模拟研究氧空位扩散，所得扩散系数与实验数据吻合度高，迁移焓接近实验值，为钙钛矿氧化物缺陷研究提供高效框架。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Strain effects on oxygen vacancy formation energy in perovskites
氧空位形成能是用于在诸如固体氧化物燃料电池的技术中实现快速氧扩散和氧催化的重要量。以前的文献在各种系统和我们的计算在LaMnO 3，La0.75Sr0.25MnO 3，LaFeO 3，和La0.75Sr0.25FeO 3，显示混合结果的方向和幅度的变化，空位形成能与应变。本文提出了一个模型，使空位形成能与应变的不同趋势形状的意义。我们使用一组一致的从头计算模型的应变效应，并表明，我们的计算结果可以简单地解释在空位形成体积和弹性常数之间的变化散装和缺陷状态。正的空位形成体积有助于在拉伸应变下降低空位形成能，并且弹性常数的增加有助于在压缩应变和拉伸应变下增加空位形成能，反之亦然。的空位形成体积占主导地位的空位形成能量应变响应的线性部分，而其曲率由空位引起的弹性常数的变化。我们显示结果敏感的B-站点阳离子，A-站点掺杂，倾斜系统，和空位的位置，其贡献可以在热平均条件下平均。在一般情况下，空位形成能这里计算的大多数系统随着拉伸应变，与约30-100 meV/%的应变减少与双轴应变的那些系统，显示出空位形成能的减少。计算外的模型需要实验验证。
2017-11-28 cond-mat.mtrl-sci
First-principles analysis of the effect of magnetic states on the oxygen vacancy formation energy in doped La$_{0.5}$Sr$_{0.5}$CoO$_3$ perovskite
Center for Microtechnologies, Chemnitz University of Technology（Chemnitz工业大学微技术研究中心）；Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems（弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所）
本研究通过第一性原理计算探究3d过渡金属掺杂及铁磁、顺磁两种磁态对La₀.₅Sr₀.₅CoO₃钙钛矿氧空位形成能的影响，发现磁态因双交换作用呈掺杂剂特异性影响，仅考虑铁磁基态会得出误导性结论，凸显磁效应的重要性。
2025-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Site-Selective Oxygen Vacancy Formation Derived from the Characteristic Crystal Structures of in Sn-Nb complex Oxides
二价锡氧化物作为一种新型的p型氧化物半导体材料，已经引起了人们的广泛关注，它对于实现未来的氧化物电子器件至关重要。最近，开发了p型Sn 2Nb 2 O 7和SnNb 2 O 6;然而，实际应用需要通过降低缺陷浓度来增强空穴迁移率。在这项工作中，我们研究了可能降低空穴产生效率和空穴迁移率的氧空位的形成与Sn-Nb复合氧化物的晶体结构之间的关系。扩展的X-射线吸收精细结构光谱和Rietveld分析的X-射线衍射显示，在O位键合的锡离子在两个锡的氧化物中的氧空位的优先形成。此外，在p型Sn 2Nb 2 O 7中发现Sn离子周围的大量氧空位，从而表明氧空位对低空穴产生效率的影响。氧空位的形成对晶体结构的依赖性可以从基于键价和和德拜温度评估的Sn-O键强度来阐明。两种Sn-Nb复合氧化物的键强度差异与Sn 2+的空间位阻和电子密度的不对称性有关。这表明材料设计的重要性，重点是Sn离子周围的局部结构，以防止在p型Sn 2+氧化物中形成氧空位。
2020-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Assignment of multiband luminescence due to the gallium vacancy-oxygen defect complex in GaN
氧是GAN中最常见的无意杂质。我们研究了GAN中的替代氧（ON）和镓空位（VGa）之间的相互作用，以形成点缺陷复合物。通过与氧络合，在n型GAN中镓空位的形成能量大大降低，而热力学和光学跃迁能级保持在带隙内。我们使用混合量子力学分子力学（QM/MM）嵌入晶体的方法来研究这种复杂的光谱。我们揭示了如何一个单一的缺陷中心可以负责多波段发光，包括无处不在的黄色发光信号中观察到的n型GAN，由于扩散（扩展）和紧凑（本地化）的孔共存。
2018-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Electrical and Hydrogen Reduction Enhances Kinetics in Doped Zirconia and Ceria: II. Mapping Electrode Polarization and Vacancy Condensation in YSZ
知道晶界迁移率和氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）的氧势之间的相关性，我们已经利用晶粒尺寸作为微观结构标记映射局部氧势。在大电流密度和较厚的样品中建立了氧势突变。阴极降低的氧电位可以容易地由不良的电极动力学或在贫氧环境中触发。在高度还原氧势存在下的广泛空化表明氧空位冷凝，而不是如通常对于固体氧化物燃料/电解电池所假设的氧气泡形成。这些结果也表明电极动力学对陶瓷在大电流下烧结的显微结构和性能有直接的影响。
2017-10-10 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
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
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
Oxygen vacancy and EC - 1 eV electron trap in ZnO
在80 ~ 550 K温度范围内对五种不同生长工艺的n型ZnO样品进行了傅里叶变换深能级瞬态谱研究。从Arrhenius图导出了四个电子陷阱的俘获截面和电离能。在五个样品中系统地观察到导带边缘以下1 eV的陷阱，具有大的电子表观捕获截面（1.6 $\pm$ 0.4 x 10 - 13 cm 2），表明施主特征。分配这个深层次的氧空位的基础上，现有的理论预测进行了讨论。
2014-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Giant photoinduced lattice distortion in oxygen-vacancy ordered SrCoO2.5 thin films
尽管在确定富氧空位过渡金属氧化物的性能优化方面，人们对氧空位迁移进行了大量的研究，但很少有人关注其非平衡态的动力学行为。在这项工作中，我们进行了多时间尺度的超快X射线衍射测量，通过使用皮秒同步辐射X射线脉冲和飞秒台式X射线脉冲监测的氧空位有序SrCoO 2. 5薄膜的结构动力学。实验中观察到一个巨大的光致应变（Δc/c > 1%），其与泵浦光子能量的显著相关性表明光致应变的非热起源。亚皮秒分辨率的X射线衍射揭示了薄膜内部相干声学声子的形成和传播。我们还模拟了光激发的电子-空穴对的效果和由此产生的晶格变化，使用密度泛函理论的方法，以获得进一步的洞察所测量的光致伸缩效应的微观机制。可比的光致伸缩响应和强烈的依赖于激发波长的预测，揭示了键反键电荷转移或高自旋中间自旋交叉诱导的晶格膨胀中的氧空位膜。
2018-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy engineering in pulsed laser deposited BaSnO$_3$ thin films on SrTiO$_3$
该研究通过调节PLD生长BaSnO$_3$薄膜的背景氧压引入并追踪氧空位，揭示其对晶格、异质结构薄层电阻及界面金属导电的调控作用。
2025-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Strain controlled oxygen vacancy formation and ordering in CaMnO$_3$
我们使用第一性原理计算来研究双轴应变\textit{Pnma}钙钛矿CaMnO $_3$对氧空位形成的稳定性。我们的动机是提供了有前途的迹象表明，新的材料性能可以工程的应变通过相干异质外延在薄膜。虽然通常假设这种外延应变主要是通过本征晶格常数的变化来调节的，但点缺陷的形成也是一种可能的应变弛豫机制。这在大应变量（$>$ 4%）下尤其如此，第一性原理计算经常建议需要该应变量来诱导新的功能性。我们发现一个很强的依赖性的氧空位缺陷的形成能量的应变，与拉伸应变降低形成能量与增加的摩尔体积，增加氧不足。此外，我们发现，应变区分不同的晶格位置的形成能，这表明它的使用作为一种途径，工程空位在外延薄膜有序。
2013-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Tuning oxygen vacancy diffusion through strain in SrTiO$_3$ thin films
了解在不同的外部刺激下的氧化物中的氧空位的扩散是至关重要的离子基电子器件的设计，提高催化性能等。在这篇手稿中，使用由AFM针尖产生的外部电场，我们得到了室温下的氧空位在薄膜中的扩散系数的SrTiO $_3$在压缩/拉伸外延应变。拉伸应变产生的扩散系数的大幅增加，促进通过膜的空位的流动性。此外，针尖偏压，脉冲时间，和温度上的局部浓度的空位的影响进行了研究。这些是在基于离子的忆阻器件中的非易失性状态的产生和稳定中的重要控制参数。我们的研究结果表明，在薄膜氧化物中的氧空位迁移的控制所发挥的关键作用的应变。
2018-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy Induced Ferromagnetism in V$_2$O$_{5-x}$
采用密度泛函理论（DFT）的广义梯度近似（GGR）方法研究了氧空位对未掺杂的\it-O-$_{5-x}$（$0 < x < 0.5$）电子结构和磁性的影响.发现氧空位的引入将在$_2$ O $_{5-x}$中诱导出铁磁性，其磁化强度与O空位浓度$x$成正比.电子结构计算表明，氧空位的引入释放出的价电子主要占据邻近的V $d_{xy}$主导带，由于原子内交换作用，V主导带变为自旋极化，从而产生半金属铁磁性.
2008-02-10 cond-mat.mtrl-sci
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
The nature of iron-oxygen vacancy defect centers in PbTiO3
铁电PbTiO 3中的铁（III）中心与氧空位一起形成沿晶体学c轴取向的带电缺陷缔合物。通过比较基于精细结构数据的半经验Newman叠加模型分析和密度泛函理论计算的结果，对其微观结构进行了详细的分析。这两种方法都证明了Fe 3+取代Ti 4+作为受主中心。铁离子在铁电相中的位置与顺电相中的B位相似。部分电荷补偿由直接配位的氧空位局部提供。使用高分辨率的同步加速器粉末衍射，它被证实，钛酸铅仍然是tetraphenic低至12 K，表现出的c/a比为1.0721。
2005-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent recombination involving oxygen-vacancy complexes in silicon
用连续波和脉冲电探测磁共振研究了$γ$辐照的$n$型直拉硅中自旋相关的弛豫和复合过程。两个过程涉及的SL 1中心，中性激发三重态的氧空位复合物，可以被分开的不同的动力学。其中一个过程是激发态SL 1弛豫到氧空位复合物的基态，另一个过程是$^{31}$ P施主和SL 1中心之间形成紧密对的电荷转移，如电检测的电子双共振所示。对于这两个过程中，复合动力学研究与脉冲EDMR技术。我们证明了真正的零场CW和脉冲EDMR自旋1系统的可行性，并使用此来测量SL 1的不同自旋状态的寿命也在消失的外部磁场。
2014-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy-induced structural evolution of SrFeO$_{3-x}$ epitaxial thin film from brownmillerite to perovskite
采用脉冲激光外延技术在SrTiO $_3$（001）衬底上制备了SrFeO $_{3-x}$薄膜。氧空位水平（$x$）通过在不同氧分压下的后退火工艺来控制。我们在$x =$ 0.5下获得了棕钙钛矿（BM）结构，并观察到随着氧浓度的增加，晶体结构从BM演变为钙钛矿（PV）。我们观察到的红外活性声子相对于氧浓度的演变，这是密切相关的通过X射线衍射观察到的结构演变。我们确定了声子使用壳模型计算。此外，我们研究了三个代表性样品的声子模式的温度依赖行为：PV，和两个BM（BM $_{\mathrm{oop}}$和BM $_{\mathrm{ip}}$）与不同取向的氧空位通道。在BM $_{\mathrm{oop}}$样品中，我们观察到一个声子模式，随着温度的降低，它表现出不寻常的红移;这种行为可能是由于FeO $_6$八面体中的顶端氧不稳定性。我们的研究结果提供了重要的信息，在SrFeO $_{3-x}$材料系统的离子导电机制。
2018-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Extrinsic ferroelectricity originated from oxygen vacancy drift in HfO2-based films
人们普遍认为，氧空位在HfO 2基材料的铁电性中起着核心作用，但其内在机制仍然是难以捉摸的。在这里，从基本的表征电路，我们提出，所观察到的铁电性是外在的。一个关键的发现是，带电的氧空位在重复的电脉冲下在样品内振荡，产生非线性电流，其行为类似于正常铁电体的极化电流。这个不需要的电流信号导致了一个类似铁电体的磁滞回线，剩余极化和矫顽场都与实验值很好地吻合，假设带电氧空位浓度在1*10^20/cm ^3附近。此外，可以利用这种机制来再现唤醒、分裂和有限耐力的效果，这些效果对于设备应用至关重要。
2021-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Oxygen Vacancy Ionization Enhances Water Oxidation on BiVO$_4$
本研究利用杂化密度泛函理论发现钒酸铋表面中性氧空位会自发电离，电离态氧空位可降低析氧反应热力学过电位，反应涉及过氧化物与超氧化物中间体，为理解半导体光电化学性能增强机制提供新见解。
2023-06-16 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
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
Oxygen-vacancy Mediated Deterministic Domain Distribution at the Onset of Ferroelectricity
本研究通过第一性原理计算和原子尺度成像，发现氧空位在居里温度以上保持不动，冷却时决定可复现的铁电畴壁图案，变温压电力显微镜证实了记忆效应，质疑了畴分布的自发性。
2024-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Exceptionally Long-ranged Lattice Relaxation in Oxygen-deficient Ta2O5
采用第一性原理计算研究了缺氧Ta_2 O_5的晶格弛豫。电荷中性氧空位的存在可以导致从空位位置延伸超过18埃的长程晶格弛豫。晶格弛豫对空位形成能和电子结构有重要影响。用Hellmann-Feynman力和与Ta-O键长变化有关的势能面解释了晶格弛豫的长程行为。
2014-05-15 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of oxygen vacancy pinning of domain walls in PbTiO3
用密度泛函理论研究了四元PbTiO_3中氧空位与180度畴壁的相互作用。我们的计算表明，空位确实有一个较低的形成能量在畴壁中比在散装，从而确认这些缺陷迁移的趋势，并钉扎，畴壁。钉扎能量的报告为三个可能的方向的原始Ti-O-Ti键，并试图模拟结果与简单的连续模型进行了讨论。
2003-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy in ZnO-$w$ Phase: Pseudohybrid Hubbard Density Functional Study
在均匀电子气近似下，氧化锌的研究导致锌$3d$壳层与氧$2p$壳层的过度杂化，这是大多数过渡金属硫属化物所显示的问题。这个问题可以通过使用LDA+ $U$（或GGA+ $U$）方法部分地克服。然而，与锌$3d$轨道相反，对于氧$2p$轨道通常排除Hubbard型校正。在这项工作中，我们提供的电子结构计算的ZnO超电池中的氧空位的从头算的角度来看，与两个Hubbard型修正，$U_{\mathrm{Zn}-3d}$和$U_{\mathrm{O}-2p}$。我们的数值模拟的结果清楚地表明，$U_{\mathrm{O}-2p}$帐户有显着的影响，体ZnO的性质，特别是弛豫的晶格常数，有效质量的载流子以及带隙。对于一组验证值的$U_{\mathrm{Zn}-3d}$和$U_{\mathrm{O}-2p}$，我们证明了一个本地化的状态与定位在ZnO超电池的带隙中的氧空位的外观。我们的数值研究结果表明，缺陷态的特点是最高的重叠与导带态的计算中得到的没有Hubbard型校正。我们认为，缺陷态的电子密度主要由最接近空位的Zn原子决定。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Determination of oxygen vacancy limit in Mn substituted YSZ ceramics
采用X射线吸收光谱、发射光谱和直流磁化率等方法对Mn_x（Y_（0.148）Zr_（0.852））_（1-x）O_（2-δ）系列陶瓷进行了系统研究。XAS和XES结果表明，锰的氧化态的变化和Mn离子周围的局部原子环境的逐渐演变的掺杂剂含量增加时，这是由于结构弛豫引起的氧空位的量的增加。磁化率测量表明，Mn 3 O 4沉淀物形成x大于或等于0.1，并使独立的测定的实际量的锰离子溶解在YSZ固溶体。我们表明，锰掺杂到YSZ中产生的氧空位的量被限制为0.19每分子式单位。
2017-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Establishing quasi-linear quadrupole functional topology by oxygen-vacancy engineering at a ferroelectric domain wall
二维金属氧化物结构中的氧空位由于其独特的导电、磁性甚至导电功能而引起人们的广泛关注。铁电畴壁是最近一个突出的例子，因为它们作为拓扑缺陷的中心，使不寻常的对称性和低能量开关技术相关。然而，由于氧原子的轻重量和其空位的局部化效应，氧空位的原子尺度的电学和力学影响仍然难以捉摸。在这里，稳定的个人氧空位被发现和工程原位在晶种钛酸钙钛矿铁电畴壁。结合先进的透射电子显微镜和第一性原理方法的原子尺度的应变，电场，电荷和偶极矩分布，其特征在于这些空缺。3-5在空位的紧邻周围晶胞处观察到%拉伸应变。发现空位周围的偶极距分布是交替的头对头$-$尾对头$-$结构，产生准线性四极拓扑。附近的Ti离子的减少以及增强的充电和电场浓度附近的空缺确认了四极结构，并说明其对电气和结构性能的局部影响。在空位的晶胞中发现了显著的带内态，提出了有意义的畴壁电导率。氧空位工程和可控四极杆，使预先确定的原子尺度和全球功能特性提供了一个有前途的平台，机电拓扑孤子和器件的小型化在金属氧化物。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy-mediated Negative Differential Resistance in La and Mg co-substituted BiFeO3 Thin Film
研究了Bi 0. 9La 0. 1Fe 0. 96 Mg 0. 04 O 3（BLFM）薄膜在不同温度下的导电特性，发现该薄膜在80 oC以上的向下电场作用下出现负微分电阻（NDR）. NDR行为的起源与氧空位（VO.）的离子缺陷有关。出现在电影中。在分析漏电机理和表面电位行为的基础上，可以从VO的极化分布与中性化之间的竞争来理解NDR行为。
2012-03-02 cond-mat.mtrl-sci
SrTiO$_3$ termination control: A method to tailor the oxygen exchange kinetics
我们提供的见解，在还原性气体环境中退火过程中的钙钛矿模型材料SrTiO 3的表面终止对氧空位掺入的影响。我们提出了一种新的方法来控制定制的氧空位的形成，通过控制终止。我们证明了一个SrO-终止可以抑制整个（100）-表面的氧空位的掺入，并将其应用于控制它们在薄膜生长过程中的掺入。利用LaAlO 3和SrTiO 3之间的导电界面，我们可以通过在界面处的SrO终止水平来定制基于氧空位的电导率贡献。
2019-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy Formation Energy in Metal Oxides: High Throughput Computational Studies and Machine Learning Predictions
本研究通过高通量DFT计算构建了最大氧空位形成能数据集，并训练随机森林模型实现约0.3 eV/O的预测精度，成功筛选出250余种双钙钛矿水分解候选材料。
2023-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Influence of oxygen vacancy on the electronic structure of HfO$_2$ film
利用软X射线吸收光谱研究了氧缺陷氧化铪（HfO $_{\sim1.8}$）的O-$K$和Hf-$N_3$边的电子结构的未占据部分.在O $K$边谱中观察到了Hf 5 $d$未占据带下的带尾态，结合紫外光电子能谱，表明Hf 5 $d$态占据不可忽略.然而，Hf $N_3$边缘磁性圆二色性光谱揭示了在氧化物中的长程铁磁自旋顺序的情况下。因此，与最近的报道相反，空位形成所获得的少量$d$电子不显示位间关联[M. Venkatesan { \it等人}，Nature { \bf 430}，630（2004）]。
2007-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy Relaxation in Cuprous Oxide (Cu$_{2-x}$O$_{1-y}$)
当氧化亚铜（Cu $_2$ O）中的激发空位弛豫时产生声子。时间分辨发光被用来找到激发的铜空位（受体）和氧空位（供体）的陷阱能级和寿命。它也被用来确定典型的能量和声子数的声子脉冲发射的空位。氧化亚铜的空位性质受几个合成参数和温度的控制。我们用瞬态吸收直接证明了氧空位对光的吸收。铜和氧空位的行为不同，部分原因是这两种陷阱从不同的状态捕获载流子。例如，铜空位发光寿命在低温下约为25倍。然而，这两种空位发光是符合泊松多声子发射模型。
2016-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy segregation and space-charge effects in grain boundaries of dry and hydrated BaZrO3
应用空间电荷模型描述了钙钛矿氧化物BaZrO 3的干态和湿态受主掺杂样品中双施主氧空位向晶界偏析的平衡效应。计算了不同空位偏聚能引起的晶界中心空位浓度和静电势垒。利用密度泛函方法计算了空位在镜面对称的α 3（112）[-110]倾斜晶界上的偏聚。我们的研究结果表明，氧空位偏析可以负责低晶界质子电导率BaZrO 3的文献报道。
2012-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size and shape of oxygen vacancies and protons in acceptor-doped barium zirconate
采用密度泛函理论（DFT）方法研究了受主掺杂锆酸钡晶体中缺陷引起的化学膨胀。参与水合反应的两种缺陷物质，+2带电的氧空位和形成氢氧根离子的质子间隙，被认为是自由缺陷和与掺杂剂Y，In，Sc和Ga相关联。引入缺陷引起的应变张量λ，它提供了一个自然的概括的普通化学膨胀到三维和各向异性失真。空位和质子的加入都引起晶格的各向异性畸变和净收缩，表明空位和氢氧根离子都小于氧离子。收缩是相当大的空位和水合的净效应，当一个空位被填充，并添加两个质子，是一个膨胀，与实验结果一致。掺杂剂对水合中的化学膨胀的影响被发现是相当小的，即使它是假设的空位和质子是完全相关的掺杂剂原子在晶格中。
2015-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Decisive role of oxygen vacancy in ferroelectric vs. ferromagnetic Mn-doped BaTiO3 thin films
单相钙钛矿5at.%采用脉冲激光沉积法在镀铂蓝宝石衬底上生长了Mn掺杂和未掺杂的多晶BaTiO 3薄膜。铁电性仅观察到Mn掺杂和未掺杂的钛酸钡薄膜在相对高的氧分压下生长。与未掺杂的BaTiO 3相比，Mn掺杂的BaTiO 3显示出低的漏电流、增加的介电损耗和降低的介电常数。在低氧分压下制备的Mn掺杂BaTiO 3薄膜具有铁磁性，这是由于束缚磁极化子（BMP）的形成。这种BMP的形成是由氧空位增强的。本工作证实了C. Ederer和N.铁电钙钛矿上的Spaldin [Nature Mat. 3，849（2004）]，其表明在Mn掺杂的BaTiO 3薄膜中，铁电性的存在与自发磁化的存在不相容。
2011-04-27 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
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
A new investigation of oxygen flow influence on ITO thin films by magnetron sputtering
采用直流磁控溅射法在玻璃基片上制备了ITO薄膜。结果表明，随着氧气流量的增加，薄膜的光吸收降低，光吸收边发生蓝移。用XPS对氧空位浓度进行了表征和分析。结果表明，氧空位浓度随氧流量的增加而增加，这与目前的理解不同。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了不同空位浓度ITO的能带结构。计算结果表明，氧空位的增加导致费米能级以下能带的增加以及第二带隙的存在，这是氧空位对蓝移的影响。
2013-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of oxygen-vacancy complexes in diamond by means of \textit{ab initio} calculations
本文通过第一性原理密度泛函理论计算系统研究了金刚石中的氧-空位复合物，发现其高自旋基态排除了作为ST1色心起源的可能性，并表征了一种高自旋亚稳态复合物的磁光性质以供未来实验识别。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Lattice effects on the formation of oxygen vacancies in perovskite thin films
我们利用第一性原理方法研究了集体晶格激发对钙钛矿薄膜中氧空位形成的影响。我们发现声子在有限温度下对缺陷化学的应变介导控制起着至关重要的作用。特别是，作为外延应变的函数推导出的零温度氧空位形成的趋势可以在室温附近完全逆转。我们的第一性原理计算证明了晶格对氧空位自由能的贡献与系统在化学还原时经历的体积膨胀之间的直接联系：所产生的体积膨胀越大，越有利于点缺陷形成的热激发。然而，振动空位熵，或等效地，化学膨胀，和外延应变之间的相互作用是难以概括的，因为这可以强烈地影响底层的结构和磁性转变。此外，我们发现热晶格激发在很大程度上阻碍了空位有序化。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
A DFT+U study on the contribution of 4f electrons to oxygen vacancy formation and migration in Ln-doped CeO2
稀土掺杂形式的二氧化铈（CeO 2）作为固体氧化物燃料电池（SOFC）的潜在候选者是令人感兴趣的，因为其在低于600 °C的温度下相对高的氧离子电导率。目前，计算化学已经达到了一定的成熟度，可以预测实验上难以观察到的材料性质。然而，由于4f电子的强电子相关性，对于CeO 2中掺杂剂对氧离子导电的作用的理解仍然是不完整的，无法进行可靠的定量分析。本文采用密度泛函理论（DFT）和Hubbard U修正方法研究了稀土掺杂CeO 2中的离子/共价相互作用及其对氧离子导电的影响。该研究表明，空4f轨道的可变占据对于早期Ln元素产生共价相互作用是重要的，这些共价相互作用基本上影响氧空位的形成和迁移。这一发现对于理解掺杂CeO 2中氧离子扩散的因素具有重要意义。
2016-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy induced magnetic phase transitions in multiferroic thin films
巨铁电极化和磁性共存的多铁性材料在信息存储和能量转换等领域具有巨大的工程应用潜力。然而，多铁性材料的功能特性被认为会受到点缺陷的影响，由于某些组成原子的挥发性和材料制备中涉及的高温，点缺陷可能是丰富的。在这里，我们证明了与理论方法，氧空位可能会提高功能的多铁性从根本上改变他们的磁相互作用在薄膜。具体而言，氧空位可以恢复丢失的磁超交换相互作用在大轴比阶段，导致完全反铁磁自旋有序，并诱导稳定的亚铁磁状态与一个显着的净磁化强度为0.5 uB每分子式单位。我们的理论研究应该有助于澄清长期存在的争议，在铁酸铋的起源，并改善基于多铁性的技术应用的设计。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci
First Principles, Explicit Interface Studies of Oxygen Vacancy and Chloride in Alumina Films for Corrosion Applications
点蚀是一个研究较多的技术相关课题。然而，负责钝化氧化层的击穿的基本机制仍然是争论的主题。已知氯阴离子会加速腐蚀;相关假设包括Cl插入氧化膜中带正电的氧空位，以及Cl吸附在钝化氧化物表面上，取代表面羟基。在这项工作中，我们进行大规模的第一性原理模拟显式金属/Al（2）O（3）界面，以调查与这些假设相关的能量和电子结构。明确的界面模型允许电子转移，模仿电化学事件，并建立在不同的接口和电子带排列的原子结构之间的关系。对于多个模型接口，我们发现，双电荷氧空位，这是点缺陷模型（PDM）的关键成分，经常用于分析腐蚀数据，只能发生在存在的电势梯度，提高了电压。Cl-插入到氧化物膜中可以在一些氧空位位点中在能量上是有利的，这取决于电压。我们还讨论了这些复杂的接口与显式DFT建模相关的挑战。
2021-07-05 cond-mat.mtrl-sci
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
Ferromagnetism as a universal feature of nanoparticles of the otherwise nonmagnetic oxides
在CeO 2、Al 2 O3、ZnO、In 2 O3和SnO 2等非磁性氧化物的纳米颗粒（直径7 - 30 nm）中观察到了室温铁磁性。CeO_2和Al_2O_3纳米颗粒的饱和磁矩与过渡金属掺杂的宽带半导体氧化物的饱和磁矩相当。其他氧化物纳米颗粒显示出稍低的磁化强度值，但具有明显的滞后行为。相反，通过在空气或氧气中高温烧结纳米颗粒获得的大块样品变得抗磁性。由于没有磁性杂质存在，我们假设铁磁性的起源可能是由于在纳米颗粒表面的氧空位导致的局部电子自旋矩之间的交换相互作用。我们认为铁磁性可能是金属氧化物纳米颗粒的普遍特征
2007-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Topotactic phase transformation in correlated vanadium dioxide through oxygen vacancy ordering
Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education & School of Chemistry and Materials Science, Shanxi Normal University（山西师范大学化学与材料科学学院、教育部磁性分子与磁性信息材料重点实验室）；Research Institute of Materials Science, Shanxi Key Laboratory of Advanced Magnetic Materials and Devices, Shanxi Normal University（山西师范大学材料科学研究所、山西省先进磁性材料与器件重点实验室）
通过氧空位有序实现相关钒氧化物中的拓扑相变，揭示了氧空位驱动的连续相变路径及莫特相变的新机制。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impact of Oxygen Vibrations on Raman Intensity Variation in the Catalyst Fe$_2$(MoO$_4$)$_3$
Institut für Theoretische Physik, Goethe-Universität Frankfurt（法兰克福歌德大学理论物理研究所）
本研究通过DFT计算揭示Fe$_2$(MoO$_4$)$_3$中氧空位诱导的拉曼变软机制，表明氧振动主导了拉曼强度变化。
2026-10-19 cond-mat.mtrl-sci
DFT Investigation of pH-Driven Oxygen Vacancy Formation-Annihilation in CeO2
在生物医学中，氧化铈纳米颗粒（CeNPs）的pH依赖性可切换的生物催化性质中有相当大的兴趣，其中这些材料在中性和碱性生理pH下对活性氧物种表现出有益的抗氧化活性，但在酸性病理pH下具有细胞毒性促氧化活性。氧空位在这种生物催化活性中起着关键作用。虽然氧空位的作用的一般特征是已知的，但它们在不同pH条件下在原子尺度上的作用机制还有待阐明。本文采用密度泛函理论（DFT）在原子尺度上对CeO 2稳定的{111}表面的pH诱导行为进行了研究。表面吸附介质物种的分析揭示了pH值的Ce 3+和Ce 4+氧化还原平衡的可逆性和氧空位的形成和湮灭的关键作用。在酸性条件下，由于水分子中的氧对氧空位的不完全体积填充，这种可逆转换受到阻碍，因此有效地保留了氧空位，并因此抑制了氧化还原仿生反应。在中性和碱性条件下，由于OH离子由于其现成的尺寸容纳而完全填充氧空位，因此保留了这种可逆切换的能力，从而保留了循环进行氧化还原仿生反应的能力。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of oxygen vacancies formed at the anatase (101) surface: An activation-relaxation technique study
TiO 2是一种重要的技术材料。特别是，它的多晶型物在双晶型中起着重要作用，它也可以容纳带电和中性空位。然而，在文献中，很少有理论工作的空位电荷和相关的扩散从表面到次表面和散装。本文采用半局域密度泛函和哈伯德模型，利用72和216原子的表面平板，研究了+2电荷和中性空位在GaAs（101）表面上的扩散.激活弛豫技术新（ARTn）加上量子咖啡被用来调查负责的氧空位扩散的激活机制。小平板模型使带+2电荷的最上层表面空位过稳定，这归因于空位与邻近的Ti+4离子之间的强库仑排斥。较大的板层允许原子平行于表面弛豫，降低了+2电荷最高表面空位的稳定性。计算的表面到亚表面的障碍为+2带电空位和中性空位的扩散板上的216个原子分别为0.82 eV和0.52 eV。此外，体空位倾向于向次表面迁移，具有相对低的激活势垒0.19 eV和0.27 eV，并且对于+2带电空位和中性空位，反向过程必须克服0.38 eV和0.40 eV的势垒。这解释了实验观察到的在亚表面位置而不是在体中的高浓度空位，并且空位从体到亚表面以及从亚表面到体的动态扩散很可能在SiGe（101）的表面上。最后，我们提供了一个合理的解释最近观察到的亚表面到表面的氧空位扩散的计算结果的起源。
2023-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancies at Dislocation Core Modulate Plasticity in Strontium Titanate
Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
研究通过结合透射电镜与分子动力学模拟，揭示了氧空位密度与位错运动之间的关系，发现位错环的氧空位分布影响塑性行为。
2026-05-01 cond-mat.mtrl-sci
