Electronic Structure and Small Hole Polarons in YTiO3
Jin Yue, Nicholas F. Quackenbush, Iflah Laraib, Henry Carfagno, Sajna Hameed, Abhinav Prakash, Laxman R. Thoutam, James M. Ablett, Tien-Lin Lee, Martin Greven, … 展开作者
Jin Yue, Nicholas F. Quackenbush, Iflah Laraib, Henry Carfagno, Sajna Hameed, Abhinav Prakash, Laxman R. Thoutam, James M. Ablett, Tien-Lin Lee, Martin Greven, Matthew F. Doty, Anderson Janotti, Bharat Jalan
As a prototypical Mott insulator with ferromagnetic ordering, YTiO3 (YTO) is of great interest in the study of strong electron correlation effects and orbital ordering. Here we report the first molecular beam epitaxy (MBE) growth of YTO films, combined with theoretical and experimental characterization of the electronic structure and charge transport properties. The obstacles of YTO MBE growth are discussed and potential routes to overcome them are proposed. DC transport and Seebeck measurements on thin films and bulk single crystals identify p-type Arrhenius transport behavior, with an activation energy of ~ 0.17 eV in thin films, consistent with the energy barrier for small hole polaron migration from hybrid density functional theory (DFT) calculations. Hard X-ray photoelectron spectroscopy measurements (HAXPES) show the lower Hubbard band (LHB) at 1.1 eV below the Fermi level, whereas a Mott-Hubbard band gap of ~1.5 eV is determined from photoluminescence (PL) measurements. These findings provide critical insight into the electronic band structure of YTO and related materials.
Polaronic Conductivity in Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$ Single Crystals
本征二维（2D）铁磁半导体是用于自旋-电荷转换应用的一类重要材料。Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$在低温下保持了双层膜的长程磁有序性，并表现出复杂的磁相互作用和相当大的磁各向异性。在这里，我们进行了一系列的结构，磁性，X射线散射，电子，热输运和第一性原理计算研究，揭示了本地化的电子电荷载流子在Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$周围的晶格打扮，并参与通过跳跃的极化输运是敏感的磁晶各向异性的细节。这打开了通过基于电子-声子和自旋-轨道耦合的极化子性质的定制来操纵Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$基器件中的电荷输运的可能性。
Local Electronic Structure and Dynamics of Muon-Polaron Complexes in Fe$_2$O$_3$
我们在经典的反铁磁体Fe $_2$ O $_3$中进行了详细的μ子自旋旋转（$μ$ SR）测量，并通过考虑电荷中性μ子-极化子复合物的动态布居和解离来解释光谱。我们发现，在Fe $_2$ O $_3$中的电荷中性μ介子状态，尽管缺乏典型的电荷中性μ介子中心的签名，测量的$μ$ SR频率和弛豫率有显着的影响。我们在Fe $_2$ O $_3$中对这种极化子μ子中心的鉴定表明，孤立的氢（H）杂质形成类似的复合物，并且H杂质可能是Fe $_2$ O $_3$中载流子密度的来源。
Mobile Small Polarons Explain Conductivity in Lithium Titanium Oxide Battery Electrodes
锂钛氧化物Li $_4$ Ti $_5$ O $_{12}$（LTO）是一种有趣的阳极材料，由于其在电池充电（放电）期间显著的相稳定性，因此特别有希望成为长寿命电池。然而，它的使用受到其低固有电子电导率的限制。引入氧空位可以是克服该缺点的一种方法，可能通过改变载流子传输机制。我们使用Hubbard修正的密度泛函理论（DFT+U）表明，极化子状态结合可能的跳跃机制可以发挥至关重要的作用，在实验观察到的电子电导率的增加。为了衡量极化子电荷迁移率，我们计算了不同的本地化模式的相对稳定性和估计极化子跳跃势垒高度。有了这个，我们最终展示了缺陷工程如何确实可以提高LTO的电子电导率的水平，其离子电导率，从而解释了第一个实验结果减少LTO。
Improving Li$_2$O$_2$ conductance via polaron preemption: an \textit{ab initio} study of Si doping
本文报道了Li $_2$ O $_2$的\textit{ab initio}电子结构模拟，其中1.6%的锂原子被硅取代。结果表明，这导致了Li $_2$ O $_2$带隙中导电杂质态的形成.我们表明，这些国家起源于反键轨道的氧对，是非常稳定的对可能的极化子形成（电子注入后）。通过这种极化子抢占机制，预期所提出的化合物显示出比化学计量的Li $_2$ O $_2$显著更高的电子迁移率，这可能在锂-空气电池中具有重要的应用。
Trimeron ordering, bandgap and polaron hopping in magnetite
Joint Institute for High Temperatures of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院高温联合研究所）；Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高等研究中心）；HSE University（高等经济大学）
Optical Absorption Induced by Small Polaron Formation in Transition Metal Oxides -- The Case of Co$_3$O$_4$
已知小极化子（SP）存在于大多数重要的过渡金属氧化物（TMO）中;然而，小极化子形成的性质仍然是谜，并且对SP如何影响这些材料的固有电子结构和光学性质的基本理解在很大程度上缺乏。在这项工作中，我们采用第一性原理计算研究SP形成在Co $_{3}$ O $_{4}$，一个非常有前途的材料，为广泛的新兴能源应用，我们解决了相互矛盾的结果，已报告的电子结构的系统。我们确认，本征带隙的Co $_{3}$ O $_{4}$是1.6 eV，我们表明，形成的空穴小极化子显着影响的光吸收光谱，导致0.8 eV的过渡，经常被误解为定义的基本间隙的带边。此外，我们还讨论了如何利用单轴应变来探测SP态的Jahn-Teller畸变，进而影响它们的光学跃迁。除了Co $_{3}$ O $_{4}$，我们的研究提出了一个通用的路线图，建立第一性原理计算方法，可以同时实现SP状态，电子能带结构和光学跃迁的极化磁性氧化物的准确描述。
Polaronic-Distortion-Driven Enhancement of Excitonic Auger Recombination in ZnO Nanoparticles
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学武汉国家光电实验室）；Advanced Biomedical Imaging Facility, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学先进生物医学成像设施）
Kyungpook National University（庆北国立大学）；Max Planck Korea/POSTECH Center for Complex Phase Materials（马普韩国/浦项工科大学复杂相材料中心）；University of Vienna（维也纳大学）；National Research Council, CNR-SPIN（国家研究委员会，CNR-SPIN）；University of L’Aquila（拉奎拉大学）；Department of Physics and Astronomy “Augusto Righi,” University of Bologna（博洛尼亚大学“奥古斯托·里吉”物理与天文学系）
