Bulk photovoltaic effect in BaTiO$_3$-based ferroelectric oxides: An experimental and theoretical study
非中心对称系统所表现出的体光伏效应由于所观察到的大的开路电压而获得了研究兴趣。表现出反常光伏效应的铁电体系多为多相共存的结晶体系。因此，在建立一个多相系统的计算困难限制了详细的光伏研究，通过唯象和转移电流理论。在这项工作中，铁电体Ba $_{1- x}$（Bi $_{0.5}$ K $_{0.5}$）$_x$ TiO $_3$（BBKT）氧化物被设计成具有改善的极化特性的单相四元对称结晶，并且发现它表现出大的PV响应。BBKT样品的实验和理论研究表明，与母体BaTiO $_3$相比，带隙降低了约18%。短路电流作为光强度和光偏振角的函数测量揭示线性和正弦响应，分别。观察到的特征符合唯象理论。值得注意的是，x = 0.125样品显示出比母体化合物高约8倍的开路电压（7.39 V）。从O-2 p轨道占据的价带和Bi-6p轨道占据的导带的额外电荷中心移动可以看出，增强的PV效应归因于沿z方向的大位移电流.值得注意的是，在BBKT中的导带最小值处的简并Bi-p $_z$状态有利于z方向上的大移位电流响应。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Hole Separation in Ferroelectric Oxides for Efficient Photovoltaic Responses
尽管铁电光致发光器件（FPV）有可能超过理论上的肖克利-奎塞尔极限，但由于其极低的光电流，其效率很低。最近，将Bi 2FeCrO 6（BFCO）作为光吸收剂添加到FPV中导致了令人印象深刻的高光电流和创纪录的光电流[Nechache等人，Nature Photon. 2015，9，61]，复兴FPV领域。然而，我们对这一引人注目的现象的理解远远不能令人满意。在这里，我们使用第一性原理计算来确定这种优异的性能主要在于电子-空穴（e-h）对的有效分离。我们发现，光激发的电子和空穴在BFCO的空间分离的Fe和Cr网站，分别。这种分离在无序的BFCO相中更为明显，其显示出异常的PV响应。我们进一步着手设计下一代FPV的战略，不限于BFCO，通过探索44种额外的Bi基双钙钛矿氧化物。我们提出了9种新型的有源层材料，可以提供强的电子-氢分离和所需的带隙能量的应用在FPV。我们的工作表明，电荷分离是FPV与传统器件竞争的最重要的问题。
2017-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of dislocations and their dynamics in layered oxides cathode materials during battery charging
晶体固体中的缺陷及其相互作用通常是材料性能和功能的基础，因为它们对稳定性具有决定性作用，导致增强的扩散，并充当空位的储存器。最近，富锂层状氧化物已成为下一代储能阴极材料的主要候选者之一，其容量超过商业使用的化合物50%。氧-氧化还原反应被认为是造成过剩容量的原因，然而，电压衰减阻碍了这些新材料的商业化。尽管有广泛的研究，但对氧氧化还原反应和电压衰减的基础机制的理解仍然不完整。在这里，使用操作三维布拉格相干衍射成像，我们直接观察富锂层状氧化物材料的纳米颗粒中的移动位错网络的成核。令人惊讶的是，我们发现，与常规层状氧化物材料相比，在富锂层状氧化物材料中更容易形成位错，这表明富锂层状氧化物中的缺陷与异常高的容量之间存在联系。部分位错网络的形成显著改变了局部锂环境，并导致电压衰减。基于我们的研究结果，我们设计并演示了一种方法来恢复原来的高电压功能。我们的研究结果表明，在富锂层状氧化物的电压衰减是可逆的，并呼吁新的范例，改善设计的氧氧化还原活性物质。
2017-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Flexible Organic Photovoltaic Cells with In-situ Non-thermal Photoreduction of Spin Coated Graphene Oxide Electrodes
这篇文章被撤回，因为它发表在一本杂志上，我们报告了第一种还原方法，与柔性，温度敏感的基板兼容，用于生产还原的旋涂氧化石墨烯（GO）电极。它是基于使用激光束在大面积上原位非热还原柔性基板上的旋涂GO膜。光还原过程是一步的，容易的，并且在室温下在空气中快速进行，而不影响石墨烯晶格的完整性以及底层衬底的柔性。可以获得具有低至700 Ω/sq的薄层电阻的导电石墨烯膜，远高于通过化学手段还原的柔性层。作为我们的技术的概念的证明，激光还原的GO（LrGO）膜被用作柔性本体异质结有机光伏（OPV）器件中的透明电极，代替传统的ITO。该器件显示出1.1%的功率转换效率，这是迄今为止报道的结合还原的GO作为透明电极的OPV器件的最高效率。旋涂GO膜的原位非热光还原创造了一种新的方法来生产用于各种电子应用的柔性功能石墨烯电极，该方法具有潜在工业实施的巨大前景。
2012-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Advances in honeycomb layered oxides: Part I -- Syntheses and Characterisations of Pnictogen- and Chalcogen-Based Honeycomb Layered Oxides
本综述总结了磷族和硫族蜂窝层状氧化物的合成与表征进展，强调其晶体化学、电磁拓扑特性及在电化学和量子领域的应用潜力，并展望了二维拓扑量子引力等未来研究方向。
2023-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of the thermoelectric layered cobalt oxides measured by the Harman method
采用Harman方法测量了层状钴氧化物热电材料的面内热导率，其中热导率由外加电流引起的温度梯度得到。我们已经发现，电荷储存器块（除了CoO $_2$块之外的块）主导热传导，其中纳米块集成概念对于材料设计是有效的。我们进一步发现，热导率在$a$和$b$轴之间显示出小但有限的面内各向异性，这可以归因于失配结构。
2004-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Design of new Mott multiferroics via complete charge transfer: promising candidates for bulk photovoltaics
诱导体光伏效应的最佳材料应缺乏反转对称性，并具有与可见光辐射能量相匹配的光学带隙。铁电钙钛矿氧化物如BaTiO $_3$和PbTiO $_3$表现出显著的极化和稳定性，但具有带隙过大的缺点。我们利用密度泛函理论和动力学平均场论设计了一类新的Mott多铁性材料--双钙钛矿氧化物$A_2$ VFeO $_6$（$A$ =Ba，Pb，etc）.虽然钙钛矿$A$ VO $_3$和$A$ FeO $_3$都不是铁电体，但在双钙钛矿$A_2$ VFeO $_6$中，从V到Fe的“完全”电荷转移导致非块状电荷配置--空的$d$壳和半填充的$d$壳，产生与铁电体$A$ TiO $_3$相当的极化。与纯$A$ TiO $_3$不同，新的双钙钛矿氧化物具有反铁磁基态，并且在室温附近是顺磁性莫特绝缘体。最重要的是，V $d^0$态显著降低了$A_2$ VFeO $_6$的带隙，使其小于$A$ TiO $_3$和BiFeO $_3$的带隙，并使新的多铁性材料成为诱导体光伏效应的有希望的候选者。
2017-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Transient lateral photovoltaic effect in patterned metal-oxide-semiconductor films
本文研究了在自然钝化的p型Si（100）上生长的21nm厚、5、10和20 μ m宽、1500 μ m长的光刻Co线的瞬态横向光伏效应。我们已经观察到的transitorial响应与激光光斑位置的近似线性关系。数值模拟证实了在激光关断阶段具有符号变化的瞬态响应。一个定性的解释建议修改的漂移扩散模型，包括一个本地电感的影响。我们的研究结果表明，位置敏感探测器的微结构可以提高其时空分辨率。
2014-06-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High-Voltage Honeycomb Layered Oxide Positive Electrodes for Rechargeable Sodium Batteries
丰富的自然资源、令人印象深刻的化学特性和经济可行性重新点燃了可充电钠（Na）电池的吸引力，使其成为满足不断增长的能源需求、环境可持续性和能源独立性的实用解决方案。然而，可行的正极材料的稀缺仍然是该技术实现的巨大障碍。在本文中，我们探索蜂窝层状氧化物采用的组合物Na $_2$ Ni $_{2-x}$ Co $_x$ TeO $_6$（$x = 0, 0.25$和$0.50$）作为可行的正极（阴极）材料的可充电钠电池在室温和高温下使用离子液体。通过标准的恒电流评估和分析，我们证明在Na $_2$ Ni $_2$ TeO $_6$中用钴取代镍导致放电电压增加到接近$4$ V（相对于Na $^+$ / Na）对于Na $_2$ Ni $_{2-x}$ Co $_x$ TeO $_6$族蜂窝状层状氧化物材料，其超过了促进Na离子脱离的大多数层状氧化物正极材料所获得的平均电压。我们还验证了在高温下操作期间Na $_2$ Ni $_{2-x}$ Co $_x$ TeO $_6$蜂窝状层状氧化物内的增加的动力学，这导致可再充电Na电池的可逆容量增加。这项研究支持的同源过渡金属原子掺杂的蜂窝结构的Na $_2$ Ni $_2$ TeO $_6$除了作为一个明智的路线，以提高类似的层状氧化物的电化学性能的高温操作。
2020-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable diode and photovoltaic effect in an organic-2D layered material p-n junction
半导体pn结是一种简单的器件结构，与电子和光电子应用密切相关。低维材料在电子电路中的成功集成为制造栅极可调谐pn结开辟了前进的道路。在这种背景下，我们提出了一种有机（铜酞菁）-2D层状材料（二硫化钼）混合pn结的栅极可调二极管特性和光伏效应。我们的原理验证器件显示出多功能特性，二极管整流因子高达10^4，而在光照下，它们表现出光响应，测得的外部量子效率约为11%。至于它们的光伏特性，我们发现开路电压高达0.6 V，光电功率转换效率为0.7%。已知有机半导体和二维材料的扩展目录提供了定制所得到的器件的性质和性能的前景，使得有机2D pn结成为未来技术应用的有希望的候选者。
2015-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemistry of layered d-metal pnictide oxides and their potential as candidates for new superconductors
层状d-金属磷属元素化物氧化物是一类独特的化合物，其由特征d-金属磷属元素化物层和金属氧化物层组成。包括最近发现的铁基超导磷属元素化物氧化物在内的100多种层状化合物可分为9种结构类型。这些结构类型和特征d-金属磷属元素化物层和层状d-金属磷属元素化物氧化物的金属氧化物层的化学和物理性质进行了审查和讨论。此外，提出了基于这些层状d-金属磷属元素化物氧化物设计新超导体的可能途径。
2010-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Honeycomb Layered Oxides: Structure, Energy Storage, Transport, Topology and Relevant Insights
纳米技术的出现推动了具有恒星化学和物理功能的纳米结构材料的发现和开发，以解决能源，环境，电信和医疗保健中的问题。在这种探索中，一类由碱金属或钴金属原子夹在仅由过渡金属和硫族元素（或磷族元素）原子以蜂窝方式排列的板之间组成的二维层状材料已经出现，作为表现出令人着迷的丰富晶体化学、高压电化学、快速阳离子扩散的材料，此外还表现出各种奇异的电磁和拓扑现象。目前，作为高电压材料，这类蜂窝状层状氧化物在能量存储中具有利基应用，是纳米材料无数能力的理想教学范例，在材料科学、固态化学、电化学和凝聚态物理等多个领域引起了极大的兴趣。在这篇综述中，我们描述了蜂窝层状氧化物的相关化学和物理，并讨论了它们的功能可调电化学，超快离子导电，电磁学和拓扑结构。此外，我们阐明了未开发的，但非常有前途的晶体化学空间，同时概述了有效的方法来识别该组成空间内的区域，特别是在有趣的电磁和拓扑性质可能潜伏在上述碱金属和硬币金属蜂窝状层状氧化物结构。最后，我们指出未来可能的研究方向，特别是在密切相关的蜂窝状层状氧化物材料的Kitaev-海森堡-Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用与单晶和Floquet理论的前瞻性实现。
2020-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Review on Giant Magnetoelectric effects in Oxide ferromagnetic/ferroelectric Layered Structures
讨论了层状铁氧体-锆钛酸铅（PZT）和层状镧铈矿-PZT的合成及巨磁电相互作用的观察。在我们的研究中使用的铁氧体包括纯的和Zn取代的钴，镍和锂铁氧体。所使用的铁磁锰氧化物包括钙和锶取代的系统。样品由通过流延获得的10-40 mm厚的膜制备。我们的研究表明，在锰氧化物-PZT和钴锌铁氧体-PZT，和一个巨大的ME效应在镍锌铁氧体-PZT强烈的ME耦合。我们发现Zn辅助增强ME系数的证据，这归因于低各向异性和高磁导率，导致复合材料中有利的磁-机械耦合。
2004-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Nanoparticulate Metal Oxide Top Electrode Interface Modification Improves the Thermal Stability of Inverted Perovskite Photovoltaics
通过溶剂热胶体合成结合配体交换法制备的溶液处理的γ-Fe 2 O3纳米颗粒用于倒置钙钛矿太阳能电池的顶电极界面修饰。与更传统的顶部电极如PC（70）BM/Al和PC（70）BM/AZO/Al相比，我们表明，γ-Fe 2 O3的掺入提供了替代的溶液处理的顶部电极（PC（70）BM/γ-Fe 2 O3/Al），其不仅导致相当的功率转换效率，而且还改善了倒置钙钛矿光致发光材料的热稳定性。采用PC（70）BM/ γ-Fe_2O_3/Al的倒置钙钛矿太阳能电池在加速热寿命条件下稳定性提高的原因是γ-Fe_2O_3的酸性表面性质和PC（70）BM/ γ-Fe_2O_3/Al顶部电极界面内电荷捕获密度的降低。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Synergetic Behavior in 2D Layered Material/Complex Oxide Heterostructures
二维层状材料（2DLM）和复杂的过渡金属氧化物（TMO）之间的结合导致了各种物理和化学现象，这些现象在单独的材料中是无法实现的。最近在石墨烯/SrTiO 3、石墨烯/LaAlO 3/SrTiO 3、石墨烯/铁电氧化物、MoS 2/SrTiO 3和FeSe/SrTiO 3异质结构等系统中的有趣发现包括场效应晶体管中的电压缩放、界面上的电荷态耦合、电化学活性的量子电导探测、基于电荷陷阱的新型存储功能以及大大增强的超导性。在这份进展报告中，我们回顾了各种性质和功能出现在许多不同的2DLM/TMO异质结构系统。结果表明，基于不同物质体系的多维异质结构方法为凝聚态物理和材料科学的研究提供了一个全新的平台。异质结构在技术上也高度相关，因为每种组成材料都是下一代光电器件的有希望的候选材料。
2019-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of layered multicomponent wide-bandgap oxides: a combinatorial approach
采用第一性原理密度泛函方法研究了12种层状多组分氧化物RAMO $_4$（R $^{3+}$ =In或Sc; A $^{3+}$ =Al或Ga; M $^{2+}$ =Ca、Cd、Mg或Zn）的结构、电子和光学性质. RAMO $_4$的组成复杂性导致宽范围的带隙值从InGaCdO $_4$的2.45 eV变化到ScAlMgO $_4$的6.29 eV。引人注目的是，尽管氧化物组分中的带隙不同，即CdO、In $_2$ O、$_3$或ZnO中为2-4 eV，Ga $_2$ O、$_3$或Sc $_2$ O、$_3$中为5-6 eV，和7-9 eV的CaO、MgO或Al $_2$ O $_3$，多组分氧化物中的导带底部由所有阳离子的S-态和它们的相邻氧P-态形成。我们发现，在多组分氧化物的导带的混合性质起源于不寻常的五重原子的协调A $^{3+}$和M $^{2+}$阳离子，使相邻的阳离子之间的相互作用，通过共享氧原子的空间分布的s-轨道。详细讨论了局部原子配位对层状RAMO $_4$的带隙、电子有效质量、导带轨道组成以及电子输运的各向同性特性的影响。
2011-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of heterojunction photovoltaic cells based on ZnO nanowires array and earth-abundant cuprous oxide absorbers
作为一种潜在的解决方案，低成本的高效太阳能电池，径向结组成的ZnO纳米线阵列嵌入在Cu 2 O薄膜已被理论建模。已经进行了计算以探索这种基于线的太阳能电池的性能的几何依赖性。通过适当地设置材料特性和电池尺寸，在少子扩散长度为2 μm的材料中，可以获得19.7%的合理的功率转换效率。还研究了体、界面和接触相关状态对太阳能电池性能的不利影响，从中提取了一系列材料的效率在~22%和~12%之间，从最佳到严重劣质。研究结果表明，合理的器件设计在实现高效的Cu 2 O/ZnO线径向结太阳能电池中起着至关重要的作用。
2011-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Frequency Dependence of Magnetoelectric Interactions in Layered Structures of Ferromagnetic Alloys and Piezoelectric Oxides
磁致伸缩相和压电相的层状结构中的磁电（ME）相互作用由机械变形介导。在这里，我们讨论的双层和三层的Permendur，铁磁合金，和锆钛酸铅的ME耦合的频率依赖性。ME电压系数与频率曲线的数据显示，在机电谐振的巨大ME耦合。90 V/cm Oe的最大电压系数比低频值高三个数量级。横向场的ME相互作用比纵向场强一个数量级。这些结果与理论相符。因此，共振ME效应是一种提高复合材料中磁场-电场转换效率的新工具。
2003-07-09 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric figure of merit and thermopower in layered perovskite oxides
我们预测高热电效率的层状钙钛矿La $_2$ Ti $_2$ O $_7$，基于计算（主要是从头算）的电子结构，输运系数和热导率在很宽的温度范围内。在10 $^{20}$ cm $^{-3}$左右的最佳载流子密度下，用随温度变化的弛豫时间计算的$ZT$优值从室温下略高于1单调增加到1200 K下超过2.5。在最佳掺杂下，Seebeck热电势系数在200和300 $μ$ V/K之间，但在低掺杂下可以达到接近1 mV/K。这种材料的潜力大部分是由于其晶格热导率的顺序为1 W/（Km），使用基于从头算非谐计算的模型，我们解释这个低的值，由于有效的声子限制内的层状结构块。
2019-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Room Temperature Electric Field Reversal of Magnetization in the Family of $A_4B_3\rm{O}_9$ Layered Oxides
基于群论引导的第一性原理计算，发现$A_4B_3\ m{O}_9$层状氧化物的新型极性相可通过罕见的$Γ$点磁电-多铁耦合机制实现室温电场反转磁化，为下一代存储器件提供材料基础。
2025-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Large Thermopower in a Layered Oxide NaCo_2O_4
过渡金属氧化物NaCo_2O_4是CoO_2和Na沿c轴交替层叠的层状氧化物。最近我们发现这种化合物具有与Bi_2Te_3相当的低电阻率和大热电势。负的横向磁电阻和强的温度依赖性的霍尔系数表明，电子关联在NaCo_2O_4中占主导地位的导电机制。
1999-03-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Theoretical Study on Optoelectronic properties of Layered In2O3 and Ga2O3
该研究通过密度泛函理论计算，分析了层状In2O3和Ga2O3复合氧化物的电子结构与光学性质，证实其具有可见光区合适带隙和动力学稳定性，适用于LED和太阳能电池等光电器件。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Dimensional Control of Octahedral Tilt in SrRuO3 via Infinite-layered Oxides
在原子长度尺度上调控八面体畸变是调控功能氧化物物理基态的有效手段。以前的工作表明，外延应变和薄膜厚度是可变的参数，以修改八面体的旋转和倾斜。然而，很少研究通过相邻层的结构传播来选择性控制键合几何形状。在这里，我们提出了一个新的路线来调整的铁磁响应在SrRuO3（SRO）SrCuO2（SCO）层相邻的氧配位层。随着薄膜厚度的减小，SCO中的无限层状CuO 2呈现出由“平面型”向“链状”的结构转变。这两个方向显着修改多面体连接在界面处，从而改变八面体畸变的SRO。局域结构的变化改变了Ru的自旋状态和Ru 4d与O 2p轨道之间的杂化强度，导致SRO层的磁电阻和异常霍尔电阻发生显著变化。这些发现可以启动进一步的研究，利用氧配位自适应控制量子氧化物异质结构的磁电性能。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Aluminum Oxide Layers as Possible Components for Layered Tunnel Barriers
我们已经研究了Nb/Al/AlOx/Nb隧道结的输运性质，该隧道结具有通过（i）热氧化和（ii）等离子体氧化形成的氧化铝层，在完成的结构在高达550摄氏度的温度下的快速热后退火之前和之后。在高于300摄氏度的温度下进行后退火会导致热生长势垒的隧穿电导显著降低，而等离子体生长势垒仅在高于450摄氏度的退火温度下才开始改变。使用直接隧穿微观理论的结果拟合结的实验I-V曲线表明，在高于300摄氏度的温度下退火热生长的氧化物导致其平均隧道势垒高度从~1.8 eV大幅增加到~2.45 eV，而等离子体生长层的平均隧道势垒高度几乎不变，为~2.0 eV。这种差异，连同在电应力（击穿场高于10 MV/cm）下退火势垒的高耐久性，可以使全AlOx和SiO2/AlOx分层的“有顶”势垒能够用于先进的浮栅存储器应用。
2004-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric Effects in Ferromagnetic Metal-Piezoelectric Oxide Layered Structures
研究了铁磁合金和压电陶瓷锆钛酸铅（PZT）三层膜中磁电耦合的频率特性。研究的铁磁相包括坡门杜尔，一种具有高磁致伸缩的软磁体，铁，镍和钴。低频数据的ME电压系数与偏置磁场表明强耦合只有三层与permendure或镍。ME电压的频率依赖性的测量揭示了一个巨大的机电耦合在机电谐振。横向场的ME相互作用比纵向场强一个数量级。在共振时的最大电压系数为90 V/cm Oe的测量样品与镍或permendure，是三个数量级高于低频值。
2004-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Block-Layer Concept for the Layered Co Oxide: A Design for Thermoelectric Oxides
高Tc铜氧化物由Bi_2Sr_2O_4或La_2-xSr_xO_2等CuO_2层和阻挡层交替堆叠而成。通过改变嵌段层，我们可以改变它们的物理性质，例如转变温度Tc。热电Co氧化物具有由导电CoO 2层和阻挡层组成的类似层状结构。因此，我们建议，它们的热电性能可以通过修改块层微调。
2002-10-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles theory of doping in layered oxide electrode materials
在锂离子电池电极材料LiMO $_2$（M = Co，Ni，Mn）中掺杂杂质是优化其电化学性能的有效途径。在这里，我们报告了详细的第一性原理研究层状氧化物LiCoO $_2$，LiNiO $_2$，和LiMnO $_2$轻掺杂过渡金属（Fe，Co，Ni，Mn）和非过渡金属（Mg，Al）杂质使用混合密度泛函缺陷计算。我们发现，晶格位置的偏好是依赖于掺杂剂的电荷和自旋状态，这是强烈耦合到本地晶格环境，并可以通过存在的共掺杂剂（S）的影响，和主体化合物的构成元素的相对丰度在合成环境中。在杂质及其与本征点缺陷复合物的结构和能量的基础上，我们确定了所有可能的低能杂质相关缺陷复合物，从而为材料的进一步分析提供了缺陷模型。从材料建模的角度来看，这些轻掺杂的化合物也可作为模型系统，用于理解更复杂的混合金属LiMO $_2$基电池阴极材料。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles materials design of high-performing bulk photovoltaics with the LiNbO$_3$ structure
体光伏效应是一个长期已知但知之甚少的现象。然而，最近观察到多铁性铁酸铋对可见光产生强烈的光伏响应，这表明该效应也未得到充分利用。在这里，我们提出了三种极性氧化物的铌酸锂$_3$结构，我们预测有带隙在1-2 eV的范围和非常高的体积光伏响应：PbNiO $_3$，Mg $_{1/2}$ Zn $_{1/2}$ PbO $_3$，和LiBi O $_3$。所有三种都具有由具有$d^{10}s^0$电子构型的阳离子决定的带隙，导致由阳离子$s$ -轨道和O $p$ -轨道组成的导带。这两者都大大降低了带隙，并增加了大量的光伏响应多达一个数量级，比以前的材料，展示了高性能的体光致发光的潜力。
2015-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Novel organic-inorganic layered oxide with spin ladder structure
层状锰钨酸盐二氨基烷烃杂化系列的结构分析表明，该化合物形成自旋5/2自旋梯结构。我们使用X射线衍射，电子显微镜和X射线吸收光谱的结果来推断结构。锰化合物和可能的铜类似物的DC磁化似乎表明锰系统表现得像一维反铁磁海森堡链（即$J_{\parallel} \gg J_{\perp})$），而铜系统通过$S = {1/2}$自旋梯模型很好地拟合，给出参数$g = 1.920 \pm 0.008$，$J_{\parallel}/k_B = -0.3 \pm 1.4$ K; $J_{\perp}/k_B = 213.6 \pm 1.1$ K。通过改变有机“间隔物”分子的长度来调节杂化材料的相邻无机层的能力为使用这些材料提供了巨大的希望，特别是当掺杂时，以提供对自旋梯系统的更好理解。
2005-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Defect chemistry in layered transition-metal oxides from screened hybrid density functional calculations
采用密度泛函理论和Heyd-Scuseria-Ernzerhof屏蔽杂化泛函，对层状氧化物正极材料LiMO $_2$（M=Co，Ni）中本征点缺陷的热力学和输运进行了第一性原理研究.我们发现，LiCoO $_2$具有复杂的缺陷化学，不同的电子和离子缺陷可以存在于不同的合成条件下，和LiCoO $_2$样品的钴反位缺陷可以在锂过量（钴缺乏）的环境下。本文还提出了一个锂过化学计量比LiCoO $_2$的缺陷模型，该模型涉及带负电荷的锂反位和带正电荷的小（空穴）极化子。在LiNiO $_2$中，一定量的Ni $^{3+}$离子经历电荷分离，并且锂层中的镍离子浓度高。调整合成条件可以减少镍反位，但不会消除电荷反位。此外，我们发现，LiMO $_2$不能掺杂$n$ -或$p$ -型;电子传导发生通过跳跃的小极化子和离子传导发生通过迁移的锂空位，无论是通过单空位或双空位机制，这取决于空位浓度。
2014-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of the A_xBO_2 type layered oxides Na_0.77MnO_2 and LiCoO_2
制备了A_xBO_2型层状氧化物Na_0.77MnO_2和LiCoO_2的多晶样品，测量了15 ~ 280 K的热导率。Na0.77MnO_2在280 K时的热导率为15 mW/cmK，而LiCoO_2的热导率高达40 mW/cmK。通过与NaCo_2O_4的数据比较，我们发现A_xBO_2的低热导率本质上是由于A离子的缺乏，而不是由于层状结构本身。
2001-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Advances in honeycomb layered oxides: Part II -- Theoretical advances in the characterisation of honeycomb layered oxides with optimised lattices of cations
本文综述了蜂窝层状氧化物表征的理论进展，聚焦阳离子扩散的对称性、拓扑性质与相变，利用Liouville共形场论和理想化模型揭示了晶格最优性、阳离子-空位对偶性及Ag单层-双层相变机制。
2023-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Theory of Layered Iron Oxide on Frustrated Geometry: Electric Polarization, Magnetoelectric Effect and Orbital State
层状铁氧化物\rfeo（$R$：稀土元素）是具有电荷序（CO）驱动的电极化的强度和由自旋-电荷耦合引起的磁电效应的奇异介电材料。本文提出了\rfeo的电子结构和介电性质的理论。成对三角晶格中的电荷挫折允许没有反转对称性的电荷不平衡。自旋挫折诱导加强这种极性CO的磁有序。我们还分析了一个轨道模型的Fe离子，不显示一个传统的长程序。
2007-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Bulk Photovoltaic Effect in Two-Dimensional Perovskite Oxides
Northwest University（西北大学）；Shaanxi Key Laboratory for Theoretical Physics Frontiers（陕西省理论物理前沿重点实验室）；Fundamental Discipline Research Center for Quantum Science and Technology of Shaanxi Province（陕西省量子科学与技术基础学科研究中心）；Center for Alloy Innovation and Design, State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学材料力学行为国家重点实验室合金创新与设计中心）
基于第一性原理、紧束缚模型和对称性分析，发现超薄二维ABO₃薄膜（以SrTiO₃为例）自然破缺反演对称性，产生可调谐的自发面外体光伏效应。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Enhanced Photovoltaic Performances of Graphene/Si Solar Cells by Insertion of an MoS2 Thin Film
石墨烯和过渡金属二硫属化合物等原子级薄层材料由于其高载流子输运性能和强的光-物质相互作用，在光电子器件中显示出巨大的活性物质潜力。在这里，我们证明了石墨烯/硅肖特基结太阳能电池的光伏性能显着提高插入化学气相沉积（CVD）生长，大的二硫化钼薄膜层。该层用作有效的钝化和电子阻挡/空穴传输层。我们还证明了光伏性能随着石墨烯层数的增加和MoS 2层厚度的减小而增强。优化后的三层石墨烯/MoS 2/n-Si太阳能电池的光电转换效率达到11.1%。
2015-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Structural Disorders in Honeycomb Layered Oxide: $\rm Na_2Ni_2TeO_6$
蜂窝状层状氧化物在许多学科中引起了巨大的研究兴趣，这不仅是因为它们表现出无数的物理化学性质，而且还因为它们丰富的晶体结构多功能性。在此，一个全面的晶体学研究的钠基$\rm Na_2Ni_2TeO_6$蜂窝层状氧化物已进行使用原子分辨率透射电子显微镜，阐明了过多的原子排列（堆叠）在原始材料的障碍。在蜂窝状金属板层的排列中的堆垛层错（堆垛层错）主要发生在垂直于具有长程相干长度的板的方向上，并且在某些域中存在边缘位错。此外，碱金属原子分布的周期性排列被堆垛层错的发生所改变。$\rm Na_2Ni_2TeO_6$中固有的多种疾病设想了相关蜂窝状层状氧化物材料的功能的广泛影响，并有望支持对其材料科学的新兴趣。
2021-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Cleaving-temperature dependence of layered-oxide surfaces
通过分裂非极性二维氧化物产生的表面通常被认为是完美或理想的。然而，单粒子光谱Sr2RuO4，一个原型的非极性二维氧化物，表现出显着的解理温度依赖性。我们证明，这是不是一个结果的表面的固有特性：晶格参数和对称性，台阶高度，原子的位置，或密度的状态。相反，我们发现在介观尺度上的缺陷密度显着增加，增加解理温度。这些缺陷对氧化物表面的潜在普遍性可能对界面控制和表面敏感测量的解释产生广泛的影响。
2008-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Defects and Unique Stacking Disorders in Honeycomb Layered Oxide $\rm K_2Ni_2TeO_6$ Nanomaterials: Implications for Rechargeable Batteries
蜂窝状层状氧化物具有丰富的电化学性质、优异的拓扑结构和奇异的电磁现象，在凝聚态物理、固态化学、材料科学、固态离子学和电化学等领域有着广泛的应用。然而，这些氧化物的利用率很低，因为它们的基本原子机制仍未被探索。因此，在这项研究中，原子分辨率成像原始$\rm K_2Ni_2TeO_6$沿多个区域轴进行球面像差校正扫描透射电子显微镜（Cs校正STEM），以揭示迄今未报道的纳米级拓扑缺陷和曲率，可以与各种相变。此外，我们发现在这种蜂窝状层状氧化物中与P3型序列共存的堆叠变体与报道良好的P2型堆叠序列。我们的研究结果有可能激发进一步的实验和理论研究堆叠和拓扑结构在蜂窝层状氧化物功能中的作用，例如，作为可充电电池的高性能电极材料。
2021-10-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topological representation of layered hybrid lead halides for machine-learning using universal clusters
本研究提出利用原子特定的持续同调方法构建层状混合卤化物的不变拓扑表示，以增强机器学习模型预测带隙的能力，从而促进新型光电材料的发现与设计。
2024-11-17 cond-mat.mtrl-sci
An Idealised Approach of Geometry and Topology to the Diffusion of Cations in Honeycomb Layered Oxide Frameworks
蜂窝状层状氧化物是一类新型的纳米结构材料，其包含插入到过渡金属板中的碱金属或碱土金属。复杂的蜂窝结构和分层框架赋予这个氧化物家族以精美的电化学，独特的拓扑结构和迷人的电磁现象等功能。尽管具有无数的功能，这些材料仍然高度未被利用，因为它们的基本原子机制尚未被探索。因此，为了提供更深入的视角，我们提出了蜂窝层状氧化物框架的三维（3D）晶体内的二维（2D）蜂窝层中的带电碱金属阳离子（如锂、钠或钾）的理想化扩散模型。该模型不仅解释了阳离子空位的激发（通过施加电磁场）和2D表面的高斯曲率变形之间的相关性，而且还考虑了阳离子的量子特性及其通过量子隧穿的层间混合。通过这项工作，我们提供了一个新的理论框架的研究与二维阳离子扩散电流的三维层状材料，以及提供教学的见解拓扑相变在这些材料中的作用有关的布朗运动和量子几何。
2021-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Emergent magnetism with continuous control in the ultrahigh conductivity layered oxide PdCoO2
该研究针对连续可调磁性的实现难题，通过氦注入与退火处理在超高电导率层状氧化物PdCoO₂中实现了铁磁性的连续开关调控，为自旋电子学应用提供了关键支撑。
2023-08-27 cond-mat.mtrl-sci
A review and outlook on anionic and cationic redox in Ni-, Li- and Mn-rich layered oxides LiMeO2 (Me = Li, Ni, Co, Mn)
本工作回顾了Ni基层状氧化物的电荷补偿机制，揭示了低/中SOC下氧位点主导的氧化还原与高SOC下过渡金属至氧的电子转移及释氧反应，阐明了组成如何决定电压曲线特征与电化学性能。
2024-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Computational Studies on O2-P2 Phase-Transition Dynamics in Layered-Oxide Sodium-Ion Cathode Materials
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；University of Twente（特文特大学）
本研究通过训练经典势能函数，研究层状氧化物钠离子正极材料O2-P2相变的动力学行为，揭示脱钠过程中相变势垒降低及钠离子扩散率增加的机制。
2025-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Overall thermomechanical properties of layered materials for energy devices applications
本文对固体氧化物燃料电池（SOFC）和锂离子电池用多层材料的有效热机械性能进行了分析。最近发展的渐近均匀化程序，以表示的一阶等效连续的整体热弹性常数的微涨落函数，这些功能是通过相应的递归单元问题的解决方案获得的。假设周期性的体积力和热源，研究了热应力对再现固体氧化物燃料电池（类SOFC）特性的周期性多层热弹性复合材料的影响，并将渐近均匀化方法得到的解与相关非均质材料的有限元分析结果进行了比较。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism and Ion Diffusion in Honeycomb Layered Oxide K$_2$Ni$_2$TeO$_6$: First Time Study by Muon Spin Rotation & Neutron Scattering
在寻找新型高效电池的过程中，K基蜂窝层氧化物材料因其基本性质和潜在应用而引起了人们极大的兴趣。实现基于这种化合物的高效电池的关键问题是理解K离子扩散机制。然而，迄今为止，由于钾离子（K $^+$）固有的弱核磁矩，与其他碱金属离子（如锂和钠）相比，使用磁自旋性质来研究材料中的钾离子（K）动力学一直是具有挑战性的。自旋极化的μ子具有高旋磁比，使得μ子自旋旋转和弛豫（$μ$ +SR）技术对于探测弱自旋磁矩材料中的离子动力学是理想的。本文报道了用$μ$ +SR测量方法研究了蜂窝层状氧化物材料K $_2$ Ni $_2$ TeO $_6$的磁性和K+动力学。我们的低温$μ$ +SR结果与互补磁化率一起发现了26 K的反铁磁转变。在更高温度下进行的进一步$μ$ +SR研究表明，钾离子（K $^+$）在250 K以上变得可移动，扩散过程的激活能为Ea = 121（13）meV。这是第一次，钾基电池材料中的K+动力学已被测量使用$μ$ + SR。最后，我们的研究结果还表明一个有趣的可能性，K-离子自扩散主要发生在粉末颗粒的表面。这为使用纳米结构改善离子扩散和器件性能开辟了未来的可能性。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Water Permeation through Layered Graphene-based Membranes: A Fully Atomistic Molecular Dynamics Investigation
石墨烯基膜已被研究作为水过滤和气体分离应用的有前途的候选者。实验证据表明，氧化石墨烯可以是液体、蒸汽和气体不可渗透的，同时允许水分子快速渗透。这种现象归因于纳米毛细管网络的形成，该网络允许几乎无摩擦的水流，同时通过空间位阻效应阻止其他分子。据推测，水分子通过石墨烯基片之间形成的膨胀的二维通道传输。虽然这些通道允许水在这种材料中快速渗透，但流速强烈依赖于膜的制造方式。此外，关于水渗透的纳米级机制的一些基本问题仍然没有完全理解，它们的解释仍然存在争议。在这项工作中，我们研究了水渗透通过原始石墨烯和氧化石墨烯模型膜的动力学。我们已经对由多层石墨烯基片组成的系统进行了完全原子经典的分子动力学模拟，该系统在受控的热力学条件下（例如，例如，在一个实施例中，通过改变温度和压力值）。我们系统地分析了受限纳米流体的输运动力学如何依赖于层间距离和氧化物官能团的作用。我们的结果表明，水通量对于石墨烯比对于氧化石墨烯膜有效得多。这些结果归因于氧化物官能团和水之间的H-键形成，其捕获水分子并排除通过纳米通道的超快水运输。
2017-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Local doping of an oxide semiconductor by voltage-driven splitting of anti-Frenkel defects
本研究通过施加直流电压驱动反弗伦克尔缺陷分裂，在Er(Mn,Ti)O₃中实现局部受主和施主掺杂，形成稳定纳米级p型和n型区域，为氧化物半导体的纳米尺度临时功能化及相关电子学领域发展提供新途径。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale ordered Layered-Segregation of Cobalt and Iron in the Perovskite SmFe0.5Co0.5O3
采用溶胶-凝胶技术合成了一种在单一钙钛矿中以纳米级层状形式分离钴和铁的可能性。非常值得注意的是，它表明，这种纳米级的有序，这只能通过结合HAADF-STEM和EELS研究检测到，有显着的影响，这SmFe0.5Co0.5O3氧化物的磁性能。这表明，在未来对氧化物的物理性质进行可行的解释之前，至少在磁性领域，对氧化物进行仔细的纳米级表征是必要的。
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
A-site Cation disorder engineering in Ruddlesden-Popper Layered Perovskite Oxide La2(Ba,Sr)In2O7 for Ferroelectricity
该研究在 La2Ba1-xSrxIn2O7 中通过 A 位 Sr/Ba 取代与阳离子无序诱导极性 A21am 相，揭示混合非本征铁电机制并实现室温铁电性。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Defect physics, delithiation mechanism, and electronic and ionic conduction in layered lithium manganese oxide cathode materials
层状LiMnO $_2$和Li $_2$ MnO $_3$由于其高的理论容量而对于锂离子电池阴极具有极大的兴趣。然而，由于电化学性能差，这些材料的实际应用受到限制。在此，我们报告了一个全面的第一性原理研究的缺陷物理在LiMnO $_2$和Li $_2$ MnO $_3$使用混合密度泛函计算。我们发现锰反位在LiMnO $_2$中具有低的形成能，并且可以作为杂质相形成的成核位置。在Li $_2$ MnO $_3$中也可以以高浓度出现反位;然而，与LiMnO $_2$不同，它们可以通过在制备期间调整实验条件来消除。其他本征点缺陷也可能发生，并对材料的性能和功能产生影响。锂空位的形成的分析表明，锂提取从LiMnO $_2$是与锰网站的氧化，导致锰的小孔极化子的形成，而在锂$_2$ MnO $_3$的内在脱锂机制涉及在氧网站的氧化，导致形成的束缚氧空穴极化子$η_{\rm O}^{+}$。层状氧化物被发现有没有或可忽略不计的带状载体，它们不能被掺杂的n-或p-型。电子传导通过空穴和/或电子极化子的跳跃进行;离子传导通过锂单空位和/或双空位迁移机制发生。由于在本体Li $_2$ MnO $_3$中不存在带负电荷的锂空位的情况下，$η_{\rm O}^{+}$不稳定，因此在脱锂开始附近的电子传导可能较差。我们建议，与$η_{\rm O}^{+}$，因此，锂$_2$ MnO $_3$的电化学性能…
2015-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Unusual Nonlinear Optical Responses in Layered Ferroelectric Niobium Oxide Dihalides: Origin and Manipulation
实现大的和高度可调谐的二阶非线性光学（NLO）响应，例如，二次谐波产生（SHG）和体光伏效应（BPVE）是发展现代光学和光电子器件的关键。最近，二维范德华铁电体NbOX 2（X = Cl，Br或I）被发现表现出异常大的各向异性二次谐波。然而，NbOX 2中NLO响应的物理起源和可能的可调谐性仍然不清楚。在这篇文章中，我们发现，在NbOCl 2的大的二次谐波是由大的跃迁偶极矩和带嵌套诱导的大强度的电子-空穴对之间的协同作用。值得注意的是，NbOCl 2在不同的偏振光下可以表现出显著不同的应变依赖BPVE，这源于有趣的光偏振依赖轨道跃迁。重要的是，我们成功地实现了可逆的铁电反铁电相变通过控制环境温度或外部压力，伴随着极大的可调非线性光学响应。此外，我们还发现NbOX 2中的SHG和BPVE随X的变化遵循不同的规律。我们的研究提供了一个深入的了解新的NLO物理在NbOX 2，并建立了很大的外场可调谐性的设备应用。
2023-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin 2D-oxides: a perspective on fabrication, structure, defect, transport, electron and phonon properties
在原子级薄的2D材料领域中，尽管有大量的层状氧化物结构易于剥离，但氧化物相对未被开发。从应用的角度来看，对超薄膜氧化物纳米结构的兴趣越来越大。在这篇透视论文中，讨论了在理解二维氧化物的基本性质方面的最新进展。考虑了两类二维氧化物：（1）范德华键合的层状材料，其中过渡金属处于其最高价态（由V $_2$ O $_5$和MoO $_3$表示）和（2）层状材料，在正碱金属阳离子层和带负电荷的过渡金属氧化物层（LiCoO $_2$）之间具有离子键合。对后者提出了化学剥离过程及其与机械剥离相结合的方法。结构相稳定性的所得纳米片，阳离子的大小和氧化物中的缺陷的重要性的作用进行了讨论。二维声子，电子能带结构和电子屏蔽的影响被放置在什么是已知的其他二维材料，如过渡金属二硫属化物的上下文中。在多体微扰理论的水平上使用准粒子自洽$GW$方法讨论了电子结构，其中的准确性进行了严格的评估，包括电子-空穴相互作用的屏蔽和电子-声子耦合的影响。的预测发生的二维电子气上的锂覆盖表面的LiCoO $_2$和它的关系的拓扑方面的能带结构和键合的表面上的基本作用的一个例子。最后，一些案例研究的电子输运和使用这些氧化物在纳米场效应晶体管。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced activity in layered-metal-oxide-based oxygen evolution catalysts by layer-by-layer modulation of metal ion identity
本研究发现，相较于均匀组分或均相混合，钴镍氧化物片的逐层排列能大幅降低析氧过电位，且层状催化剂内金属离子的原子预组装对催化效率的提升比整体组分更关键。
2025-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quasi-HfO$_x$/ AlO$_y$ and AlO$_y$/ HfO$_x$ Based Memristor Devices: Role of Bi-layered Oxides in Digital Set and Analog Reset Switching
了解氧化物基忆阻器器件的阻变行为或电阻变化，对于预测它们对已知电输入的响应至关重要。此外，利用忆阻器的已知电响应，可以确认其在非易失性存储器和/或人工神经网络中的有用性。尽管已经报道了双层或多层氧化物与单层氧化物相比可以改善开关性能，但是仍然缺少关于为什么对于某些氧化物组合可以容易地改善开关的详细解释。在此，我们制备了两种类型的双层异质结器件，准HfO $_x$ /AlO $_y$和AlO $_y$ /HfO $_x$夹在Au电极之间，并研究了它们的电响应。为了更深入地理解开关机制，还考虑了仅HfOx器件的性能，其用作控制器件。双层异质结构的作用进行了研究，使用实验和模拟结果。我们的研究结果表明，协同开关性能可以实现与这些材料和/或设备的适当组合。这些结果为设计用于模拟响应的更有效的双层或多层忆阻器器件开辟了途径。
2021-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
