Bond-Strength-Based Understanding of Oxygen Vacancy Migration Barriers in Rutile Oxides
Inha University（仁荷大学）
本文通过结合DFT和键价模型，分析了rutile型3d过渡金属二氧化物中氧空位迁移势垒（E_B）的键强性贡献，提出基于S_c和S_i的平均值可有效估计DFT计算的E_B。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
An oxygen-rich, tetrahedral surface phase on high-temperature rutile VO$_2$(110)$_\text{T}$ single crystals
二氧化钒在接近室温时经历从绝缘（单斜）到金属（四斜）相的金属-绝缘体转变（MIT），这使其成为许多应用的有前途的功能材料，例如作为化学传感器。关于它的表面和界面性质知之甚少，尽管这些在它的许多应用中至关重要。本工作提出了一个原子尺度的研究四金红石VO $_2$（110）$_\text{T}$单晶表面和报告的结果与扫描隧道显微镜（STM），低能电子衍射（LEED）和X射线光电子能谱学（XPS），支持密度泛函理论为基础的（DFT）计算。表面重建成富氧的（2 $\times$ 2）超结构，该超结构与下面的未重建的（110）-（1 $\times$ 1）表面的小块共存。（2 $\times$ 2）表面终止的最佳结构模型，概念上来自五氧化二钒（001）单层，由角共享四面体的环组成。在很宽的氧化学势范围内，这种重构比未重构的（110）表面以及文献中提出的模型更稳定。
2021-07-01 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
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
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
Oxygen-vacancy driven electron localization and itinerancy in rutile-based TiO$_2$
采用电荷自洽的密度泛函理论（DFT）和动力学平均场理论（DMFT）相结合的方法，研究了金红石结构的缺氧TiO $_2$和Ti $_3$ O $_5$ Magn{é}Li相.它表明，一个孤立的氧空位（V $_{\rm O}$）在钛白是不足以在低温下金属化的系统。在半导体相，在$\varepsilon_{\rm IG}^{\hfill}\sim -0.75\,$ eV\，在良好的协议与实验数据的间隙状态被确定。带状杂质水平，从一个三倍的V $_{\rm O}$ -Ti的协调以及纠缠$(t_{2g},e_g)$状态，成为本地化由于网站相关的电子。在V $_{\rm O}$ -近钛离子中发生电荷局域化和强轨道极化，其细节可以通过相关子空间的变化来修改。在较高的氧空位浓度下，相关金属稳定在Magn{é}Li相中。具有相同化学计量比的V $_{\rm O}$缺陷金红石结构显示出轨道分辨特征和光谱性质的关键差异。在氧不足的化合物中，电荷有序化是至关重要的，但没有发现明显的由电荷有序驱动或维持的金属-绝缘体转变。
2017-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
Type-II Band Alignment in the $β$-Ga$_2$O$_3$/Rutile GeO$_2$ Heterojunction toward Solar-Blind Photodetection: A first-principles study
本研究通过第一性原理计算发现β-Ga₂O₃/金红石相GeO₂异质结存在II型能带排列，利于光生载流子分离，且明确界面氧空位对能带偏移的影响，为其在严格日盲光电探测器的应用提供理论支撑。
2025-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Composition, structure, and stability of the rutile TiO_2(110) surface: oxygen depletion, hydroxylation, hydrogen migration and water adsorption
用密度泛函理论结合热力学方法，计算了金红石型TiO_2（110）表面在有限温度和压力下与周围气相平衡时的最低能量结构和组成的相图。考虑了氧、氢和水分子与气相的交换。特别注意的是收敛的横向系统的大小和板厚方面的所有计算。此外，半局部密度泛函描述的能量约化表面的可靠性进行了严格的评估。对于环境条件下的表面被发现是完全覆盖的分子吸附水。在低覆盖度下，在单个孤立水分子的极限下，分子吸附和解离吸附变得能量简并。氧空位形成于强还原性的贫氧环境中。然而，已经在稍微更温和的条件下，它表明，从表面去除全部TiO_2单元是化学上优选的。与最近的实验观察相一致，进一步证实，即使在极富氢的环境下，表面也不能完全羟基化，但只能达到约0.6-0.7单层的氢的最大覆盖率。最后，迁移路径的计算强烈表明，氢更倾向于扩散到散装解吸从表面进入气相。
2009-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Antichiral surface states and Su-Schrieffer-Heeger physics in rutile altermagnets
本研究通过金红石晶格紧束缚模型发现反铁磁体中受对称性保护的Weyl节线可产生反手性表面态，且其可随表面终端转变为手性表面态，并用修正SSH链的体边对应解释相关机制，指出金红石反铁磁体是承载反手性表面态的潜力量子材料。
2025-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay between adsorbates and polarons: CO on rutile TiO$_2$(110)
极化子的形成在决定离子晶体的结构、电学和化学性质方面起着重要作用。采用第一性原理计算和扫描隧道显微镜/原子力显微镜（STM/AFM）相结合的方法，研究了CO分子吸附在金红石型TiO $_2$（110）表面时极化子与CO分子的相互作用.吸附的CO在表面层与极化子发生吸引耦合，在次表面层与极化子发生排斥耦合。因此，CO吸附取决于样品的还原状态。对于稍微减少的表面，许多吸附配置具有可比的吸附能量存在和极化子驻留在次表层。在强还原表面，两种吸附配置占主导地位：无论是内部的氧空位，或在表面Ti $_{5c}$网站，加上表面极化子。
2018-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Partial Pressure during Pulsed Laser Deposition: Deterministic Role on Thermodynamic Stability of Atomic Termination Sequence at SrRuO3/BaTiO3 Interface
随着对基于氧化物的器件进行钝化的最新趋势，通过脉冲激光沉积（PLD）对表面/界面结构进行原子尺度控制的需求已经增加。特别地，在表面/界面处实现均匀的原子终止是高度期望的。然而，在PLD中的表面形成机制缺乏了解，限制了表面/界面原子堆积序列的故意控制。本文以SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3（SRO/BTO/SRO）异质结为模型体系，研究了PLD过程中不同界面终止序列（BaO-RuO 2或TiO 2-SrO）随氧分压（PO 2）的变化。我们发现，一个均匀的SrO-TiO 2终止序列在SRO/BTO界面可以通过降低PO 2到5毫托，无论总的背景气体压力（Ptotal），生长模式，或生长速率。我们的研究结果表明，在PLD的低能量动力学阶段的BTO表面的热力学稳定性可以发挥重要的作用，在表面/界面终止的形成。这一工作为在功能氧化物异质结构中实现终端工程铺平了道路。
2017-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory study of rutile VO2 surfaces
本文采用密度泛函理论研究了金红石型二氧化钒VO2（R）的表面性质。计算了低密勒指数面的表面能，发现最稳定的表面取向是（110）面。VO2（R）颗粒的平衡形态具有针状形状，横向由（110）面限制，顶部由（011）面限制。通过计算非化学计量组成的相对表面自由能作为氧化学势的函数，研究了（110）表面的氧化还原性质。据发现，VO2（110）表面被氧化相对于化学计量组成，不仅在环境条件下，而且在更多的还原条件下，散装VO2是稳定的，在与散装V2O5相比。吸附的氧形成表面氧钒物种比表面过氧物种更有利。
2012-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Theoretical Analysis of STM Experiments at Rutile TiO_2 Surfaces
采用第一性原理原子轨道电子结构方法研究了金红石型钛白的低折射率表面。该方法是相对便宜的计算条件，使其有吸引力的氧化物表面的研究，其中许多进行大的重建，并可能受到氧空位缺陷的存在。计算的表面电荷密度的TiO $_2$的低指数表面，并讨论这些结果与实验STM图像的关系。在这些表面上的原子分辨率图像往往是在正偏压下产生的，探测状态主要由未被占用的Ti 3 $d$带，与O 2 $p$的小贡献。这些实验特别有趣，因为O原子倾向于位于Ti原子上方1埃，因此在图像形成中提供了电子和几何结构之间的叠加。
1996-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of point defects in rutile TiO2 by the Screened Exchange Hybrid Functional
采用屏蔽交换（sX）混合密度泛函方法计算了金红石型TiO2中氧空位和钛间隙的形成能，得到的禁带宽度为3.1 eV，与实验值接近.的O空位引起的间隙状态躺在0.7 eV以下的导带边缘，其电荷密度是本地化周围的两个三个Ti原子旁边的空位。Ti间隙在带隙中产生四个缺陷态，其未成对电子位于间隙和相邻的Ti 3d轨道上。对于贫氧化学势，中性O空位的形成能为1.9 eV，与中性Ti间隙的形成能相似，并且对于富氧条件下的Ti间隙具有较低的形成能。这表明O空位和Ti间隙都与金红石型TiO 2中的氧缺乏有关，但在富O条件下O空位将占主导地位。这解决了文献中关于缺陷定位和缺陷优势的问题。
2012-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
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
Preferential Growth of Pt on Rutile TiO2
最近，在扫描透射电子显微镜中使用原子分辨率Z衬度图像和电子能量损失谱表征Pt/TiO 2（Degussa P25）催化剂系统揭示了Pt颗粒具有强烈的在TiO 2的金红石相上成核而不是在金红石相上成核的倾向。比较从头赝势计算Pt和Pt_2的化学计量和还原TiO_2表面，和氧空位（V_O）的形成能，以解决这一发现的微观起源。结果表明，Pt在金红石表面的结合强度更大，表明Pt在金红石表面的选择性生长是由于V_O在金红石表面的形成能较低，并且可能是由于V_O在金红石表面比在金红石表面更容易捕获大的Pt团簇。
2005-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Oxygen-Terminated (1x1) Reconstruction of Reduced Magnetite Fe$_3$O$_4$(111)
针对磁铁矿Fe$_3$O$_4$(111)晶面低能表面终止结构的争议，结合DFT计算与原子分辨显微技术，揭示还原条件下三种更稳定的重构及对应结构，解释了还原区域的惰性特性。
2023-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Composition, structure and stability of RuO_2(110) as a function of oxygen pressure
利用密度泛函理论（DFT）计算了RuO_2（110）表面在富氧环境下热力学平衡时的吉布斯自由能，确定了其最低能量结构。传统上假定的化学计量终止仅在低氧化学势下，即低压和/或高温下才是有利的。在现实的O压力下，表面预计含有额外的终端O原子。虽然这种O过量定义了一个所谓的极性表面，我们表明，流行的离子模型，驳回这种终端的静电的理由，是没有什么有效性的RuO_2（110）。与先前在刚玉结构氧化物的（0001）表面获得的类似结果一起，在（110）金红石上的这些发现表明，非化学计量终止的稳定性是过渡金属氧化物表面上更普遍的现象。
2001-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Surface Termination on the Lattice Thermal Conductivity of Monolayer Ti3C2Tz MXenes
最近，二维（2D）过渡金属碳化物和氮化物（MXene）在电子和电化学能量转换和存储装置中获得了显著关注，其中热产生显著影响这些装置的安全性和性能。本文采用密度泛函理论和声子玻尔兹曼输运方程研究了MXene中最早也是研究最多的单层Ti_3C_2Tz的热输运性质，并定量分析了表面终止（裸、氟和氧）对其晶格热导率的影响。我们发现，氟封端的Ti 3C 2 Tz的热导率（108 W/m.K）是大约一个数量级高于其氧封端的对应物（10 W/m.K）。我们的计算表明，氟端结构的热导率增加是由于其比热和群速度的增强以及声子散射率的降低。
2019-02-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Formation and dynamics of small polarons on the rutile TiO$_2$(110) surface
电荷俘获和极化子的形成是过渡金属氧化物化合物中的普遍现象，特别是在表面，影响宿主材料的基本物理性质和功能。在这里，我们调查通过第一原理技术的形成和动力学的小极化子的还原表面上的钛白，一个原型系统的极化子，在很宽的范围内的氧空位浓度。我们报告如何极化子的基本特征，可以充分考虑在几个数量：当地的结构和化学环境，带负电荷的极化子和带正电荷的氧空位之间的相互作用的吸引力，和自旋相关的极化子-极化子库仑排斥。我们结合分子动力学模拟的实际样品来自实验观察与简化的静态模型，旨在解开各种变量在发挥作用。我们发现，取决于特定的捕获位置，可以形成不同类型的极化子，具有不同的轨道对称性和不同程度的本地化和结构扭曲。能量最稳定的极化子位点是欠配位表面Ti原子下方的亚表面Ti原子，因为扭曲晶格的能量成本很小，并且具有合适的静电势。极化子-极化子排斥和极化子-空位吸引决定了极化子的空间分布和极化子的能隙态能量。在实验可达到的氧空位浓度的范围内，计算的数据与观测结果非常吻合，从而验证了整体的解释。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Surface Core-Level Shifts at an oxygen-rich Ru Surface: O/Ru(0001) vs. RuO_2(110)
采用密度泛函理论计算了富氧Ru（0001）表面的Ru 3d和O 1 s表面芯能级位移（SCLS），即O（1x 1）/Ru（0001）化学吸附相和完全氧化RuO_2（110）的两个表面终端.包括最终状态的影响，计算的SCLS可以用于实验X射线光电子能谱学（XPS）数据的分析，使详细研究的Ru（0001）表面的氧化行为。我们发现某些峰可以作为不同相存在的指纹，并提出在RuO_2（110）XPS数据中长期有争议的卫星峰起源于迄今未解释的表面终止。
2001-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Effects of the surface termination and oxygen vacancy positions and on LaNiO$_{3}$ ultra-thin films: First-principles study
当LaNiO $_3$膜的超薄层的膜厚度变得小于几个晶胞（u.c.）时，氧空位的形成及其对相关电子结构的影响很少被研究。本文采用密度泛函理论+U（DFT+U）方法研究了LaNiO $_3$超薄膜的表面终止和氧空位位置对其电子性质和空位能量的影响.我们发现，在具有NiO $_2$终止表面（0.5 μ c.和1.5u.c.厚度），并且面内空位比面外空位在能量上有利。当允许两个空位位置时，Ni正方形平面几何形状在大多数情况下在能量上更稳定，因为两个氧空位倾向于留在Ni离子附近。NiO $_2$封端结构的面内空位是有利的，因为由于氧空位而释放的电荷可以容易地容纳在$d_{x^2-y^2}$轨道中，该轨道比$d_{z^2}$轨道占据少。值得注意的是，在DFT+U中，含有Ni正方形平面几何形状的氧空位结构变成绝缘状态，具有1.2eV的相当大的带隙，因为正方形平面中的$d_{z^2}$和$d_{x^2-y^2}$轨道之间的大的晶场分裂有利于绝缘状态，并且由于强的电子相关性，在其他Ni位点中诱导Mott绝缘状态。
2022-07-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic relaxations introduced by Cd impurities in Rutile TiO2: first-principles calculations and experimental support
我们提出了一个从头算研究的弛豫引入TiO 2时，Cd杂质取代Ti原子和这个计算的扰动角相关（PAC）测量的电场梯度（EFG）张量的方向在Cd网站的实验测试。从头计算预测了杂质的最近邻氧的强各向异性弛豫和最大EFG张量分量V33的取向的变化，从[001]到[110]方向后，由Cd杂质取代Ti原子。PAC实验证实了最后的预测，表明Cd位的V33平行于[110]或[1 \bar{1} 0]晶轴。
2002-06-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
High temperature ferromagnetism in Co-implanted TiO2 rutile
本文报道了不同注入剂量的Co离子注入金红石型TiO_2单晶的结构、磁性和电子性质。在室温及以上的强铁磁性观察到在TiO2金红石板钴离子注入后，与钴离子注入剂量依赖的磁性参数。虽然结构数据表明金属钴簇的存在下，在XAS光谱中的钴L3边缘的多重态结构给出了明确的证据，为一个替代的钴2+状态。对Co离子注入TiO2薄膜的结构和磁性能进行了详细的分析，结果表明Co离子注入TiO2薄膜中存在两个磁相。一种是由于注入的磁性钴离子在金红石相中形成长程铁磁有序而形成的铁磁相，另一种是由于注入区形成金属钴团簇而形成的超顺磁相。利用X射线共振磁散射技术研究了Co离子注入TiO_2单晶中Co、O和Ti的元素比磁化强度。磁二向色性观察到在钴L的边缘，以及在O K边缘。本文还讨论了导致取代钴离子在基质中形成铁磁有序的相互作用机制。
2008-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenated graphene on the silicon dioxide surface
研究了石墨烯在α-石英（0001）SiO_2衬底上的氢化反应，考虑到材料的非晶性质，考虑了不同的表面终端。我们的从头计算表明，氢吸附在石墨烯上形成的石墨烯是积极的羟基和氧终止表面上的青睐，而硅终止和重建的氧终止阻碍吸附。研究结果表明，在SiO_2表面制备石墨烷，表面氧化和氢饱和是有利的。对于衬底上的原始石墨烯，我们发现所有表面终端的低能能带结构仅发生微小变化。
2011-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of a humid environment on the surface structure of RuO2(110)
结合密度泛函理论和热力学，我们计算了在实验可及的气相条件下金红石型RuO_2（110）与水蒸气平衡时的表面结构相图。通过羟基或水状基团的形成，即使在非常低的氧压下，气相中已经最低浓度的氢也足以稳定富氧极性氧化物封端。
2003-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Charge storage in oxygen deficient phases of TiO$_2$: defect Physics without defects
半导体中的缺陷可以表现出多个电荷状态，这可以用于电荷存储应用。在这里，我们考虑这样的电荷存储在一系列的TiO $_2$的缺氧相，称为Magnéli相。这些Ti $_n$ O $_{2n-1}$ Magnéli相呈现出明确的晶体结构，即：例如，它们与化学计量的偏差通过空间群的变化而不是点缺陷来调节。我们发现，这些阶段表现出中间带与相同的电子四重施主跃迁类似的间隙钛缺陷能级在TiO $_2$ -金红石。因此，Magnéli相表现得好像它们包含非常大的伪缺陷密度：$\frac{1}{2}$/公式单元Ti $_n$ O $_{2n-1}$。根据费米能量，整个材料将带电。这些晶体是天然的电荷存储材料，其存储容量可与最知名的超级电容器相媲美。
2016-02-09 cond-mat.mtrl-sci
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
Transition Metal Atoms Pathways on Rutile TiO2 (110) Surface: Distribution of Ti3+ States and Evidence of Enhanced Peripheral Charge Accumulation
金属纳米颗粒和负载型TiO 2表面之间的电荷转移对于催化应用是非常重要的，因为它极大地影响了沉积在表面上的纳米颗粒的催化活性和热稳定性。在此，进行系统的自旋极化密度泛函计算来评估几种过渡金属单体在化学计量和还原的金红石TiO 2（110）表面上的吸附、扩散和电荷状态。研究了氧空位及其伴随的过量电子在影响单体活化中的作用。对于原始的还原表面，我们的混合泛函计算表明，只有一小部分（约5%）的多余电子占据最顶部的表面，这主要是离域在第二个最近和第三个最近的五次协调Ti（Ti5c）原子。少量的过量电子填充在Ti5c原子可以转移到强电负性的吸附物，如Au和Pt，从而使适度的吸附，而没有稳定的吸附在Ti5c网站被发现为其他电负性较低的TM吸附原子（Ag，Cu，Fe，Co，Ni和Pd）的还原表面上和化学计量表面上的所有吸附原子。这一发现澄清了O2和CO分子在Ti5c位点的吸附与电荷转移的实验观察的起源。此外，在Ov周围的Ti5c网站上的过剩电子的空间重新分配的单体吸附后，彻底检查。我们的发现在单体周围的Ti5c位点处的过量电子的积累解释了沉积的纳米颗粒的周边界面在促进实验中观察到的反应物的吸附和活化中的关键作用。
2013-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical Properties of Reduced Titania Probed by First-principles Calculations: Polarons
本研究通过自相互作用修正的密度泛函理论计算，揭示了还原二氧化钛中氧空位相关双极化子的磁光性质，发现其基态自旋态依赖晶相，为氧空位磁性来源提供了新见解。
2023-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The hematite (alpha-Fe_2 O_3) (0001) surface: evidence for domains of distinct chemistry
利用自旋密度泛函理论研究了赤铁矿（0001）表面的各种可能结构。取决于环境氧分压，两种几何形状被发现是特别稳定的热平衡下：一个被终止的铁和其他由氧。两者都表现出巨大的表面弛豫（Fe-和O-终止的-57%和-79%），对表面电子和磁性具有重要影响。用扫描隧道显微镜观察了在高氧压下制备的单晶α-Fe_2 O_3（0001）薄膜上共存的两种不同的表面终端。
1998-07-14 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
Oxygen Reduction Electrocatalysis with Epitaxially Grown Spinel MnFe$_{2}$O$_{4}$ and Fe$_{3}$O$_{4}$
纳米晶MnFe $_{2}$ O $_{4}$已显示出作为碱性溶液中的氧还原反应（ORR）的催化剂的前景，但该材料作为高度有序的薄膜催化剂的研究很少。为了研究表面终止和Mn和Fe位置占据的作用，使用分子束外延在（001）和（111）取向的Nb：SrTiO $_{3}$钙钛矿衬底上生长外延MnFe $_{2}$ O $_{4}$和Fe $_{3}$ O $_{4}$尖晶石氧化物膜，并研究其作为氧还原反应（ORR）的电催化剂。HRXRD和XPS显示了纯相材料的合成，而STEM和RHEED分析表明在（001）和（111）取向的基底上（111）表面终止的金字塔的岛状生长，与文献一致，并且归因于尖晶石膜和钙钛矿基底之间的晶格失配。在N $_{2}$气氛下的循环伏安图基于MnFe $_{2}$ O $_{4}$和Fe $_{3}$ O $_{4}$的比较揭示了Mn和Fe表面终止的不同氧化还原特征。在O $_{2}$气氛下，在Mn和Fe氧化还原特征下观察到氧的电催化还原;然而，仅在与Fe还原一致的电位下实现扩散限制电流。该结果与文献中报道的纳米晶MnFe $_{2}$ O $_{4}$的结果形成对比，其中扩散限制电流是用Mn基催化剂实现的。这种差异归因于Mn表面终止的低密度，如通过来自在N $_{2}$下收集的CV的电流的积分所确定的，除了由于反转程度而导致的通过MnFe $_{2}$ O $_…
2021-11-11 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
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
Near-infrared absorption properties of oxygen-rich stardust analogues: The influence of coloring metal ions
几种与天体物理学有关的固体氧化物和硅酸盐在其纯净形式下在可见光和近红外线中具有极小的不透明度。在这些波长范围内，不透明度和复折射率虚部k的数据集几乎不可用。我们的目的是确定尖晶石，金红石，金红石，橄榄石，特别是在近红外区域的k。我们的测量是用含杂质的、天然的和合成的星尘类似物进行的。采用了两种实验方法：制备天然矿物的小段和在电弧炉下合成熔滴。在这两种情况下，通过透射光谱测量样品的吸附性能。对于尖晶石（MgAl_2O_4）、金红石（TiO_2）和橄榄石（（Mg，Fe）_2SiO_4），光学常数已扩展到可见光和近红外。我们强调，k和吸收截面的个别值强烈依赖于过渡金属如铁的含量。根据我们的测量，我们推断，k值低于10 ^（-5）的情况在包括星尘颗粒在内的天然矿物中是非常罕见的，如果有的话。k和吸收截面的数据对于星尘颗粒的各种物理性质，如温度和辐射压，都是很重要的。随着杂质吸收截面的增加，星周壳层中小颗粒的平衡温度也随之升高。我们讨论为什么以及在多大程度上是这样。
2011-01-04 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
Termination control of NdGaO3 crystal surfaces by selective chemical etching
为了获得原子级平坦的GaO 2-x终端表面，发展了一种化学腐蚀方法，用于（110）和（001）NdGaO 3单晶衬底。根据表面台阶密度，在pH控制的NH 4F或NH 4Cl基溶液中蚀刻衬底，然后在空气或氧气流中在800- 1000 ℃的温度下进行退火步骤，以使表面再结晶。利用原子力显微镜（AFM）和高压反射高能电子衍射（RHEED）分析了每次处理后样品的表面形貌。对终止层的化学性质和特性的研究表明，化学蚀刻的NdGaO 3衬底表面具有GaO 2-x终止，并且（110）和（001）NdGaO 3表面的特征在于不同的自由表面能，后者的自由表面能较低。
2012-02-28 cond-mat.mtrl-sci
IrO2 Surface Complexions Identified Through Machine Learning and Surface Investigations
利用密度泛函理论数据训练高斯近似势（Gaussian Approximation Potential，GAP），通过模拟退火实现低折射率金红石IrO 2晶面的全局几何优化。从头算热力学确定了（101）和（111）（1x 1）-终止在还原环境中与（110）竞争。单晶实验发现（101）晶面占主导地位，并表现出理论预测的（1x 1）周期性和X射线光电子能谱学（XPS）芯能级位移。所获得的结构类似于陶瓷电池材料中讨论的络合物。
2020-09-24 cond-mat.mtrl-sci
The structural and electronic properties of tin oxide nanowires: an {\it ab initio} investigation
我们对金红石型氧化锡（SnO $_{x}$）纳米线的性质进行了{ \it ab initio}研究。我们计算了几种导线尺寸和表面小平面配置的导线属性，确定平衡几何形状，结合能和电子能带结构。结果允许建立缩放律的结构特性，在纳米线周长。结果还表明，表面态控制了纳米线的大部分电子性质。纳米线表面的氧掺入钝化了表面相关的电子态，由此产生的量子特性和标度律与纳米线内部的电子完全一致。此外，线表面中的氧掺入产生了自旋向上和向下电子的不平衡浓度，导致纳米线的磁性状态。
2012-04-11 cond-mat.mtrl-sci
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
Oxygen adatoms at SrTiO3(001): A density-functional theory study
我们提出了一个密度泛函理论研究解决孤立的氧吸附在SrTiO 3（001）表面的能量和电子结构特性。与表面晶格氧原子一起，吸附物被发现形成过氧化物型分子物种。这导致横向吸附原子运动的势能面的非平凡拓扑结构，其中最稳定的吸附位点不对应于从钙钛矿晶格的延续预期的吸附位点。与计算的适度的扩散势垒低于1 eV，而是整体太弱的约束力在两个定期SrTiO 3（001）终端，可能是一个关键因素的氧化物薄膜生长应用。
2009-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies in vanadium dioxide: A DFT$+V$ study
本文利用DFT+V方法研究氧空位对VO₂金属-绝缘体转变的影响，发现氧空位虽未破坏M1相二聚化，但通过类刚带掺杂使导带部分填充，导致M1相变为金属性。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic states and magnetic structure at the Co3O4 (110) surface: a first principles study
四氧化三钴（Co 3 O 4）是一种重要的催化剂，而Co 3 O 4（110）是Co 3 O 4纳米材料中经常暴露的表面。我们采用密度泛函理论结合原位库仑排斥U项研究了该表面两种可能的终端A和B的原子结构、能量、磁性和电子性质。这些计算预测A作为稳定的终止在很宽的范围内的氧化学势，与最近的实验观察一致。Co ~（3+）离子在体相中不具有磁矩，但在表面具有磁性，导致表面磁序与体相中不同。表面电子态存在于体带隙的下半部分，并导致两个表面终端的部分金属化。这些状态负责稳定两个极性终端的电荷补偿机制。计算出极性补偿的临界厚度为4层。
2012-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Argon assisted chemical vapor deposition of CrO$_2$: an efficient process leading to high quality epitaxial films
以CrO $_3$为铬源，氧气或氩气为载气，采用化学气相沉积（CVD）法在（110）和（100）TiO $_2$金红石单晶衬底上生长了CrO $_2$薄膜，并对薄膜的结构、微结构和磁性进行了比较研究。我们的研究结果表明，氩气载气下的生长导致高品质的CrO $_2$外延层的结构和磁性能类似于那些使用更标准的氧载气。此外，我们解释了更大的磁性观察到的（110）取向的薄膜在其微观结构，特别是最高的应变和边缘粗糙度的建筑结构的CrO $_2$外延层，这是解决的衬底晶体取向。
2016-11-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Hubbard U and Hund's J corrected approximate density-functional theory predicts an accurate fundamental gap in rutile and anatase TiO2
钛白（TiO $_2$）对近似Kohn-Sham密度泛函理论（KS-DFT）及其Hubbard修正扩展DFT+ $U$提出了长期的挑战。我们发现，先前提出的扩展的第一原理DFT+ $U$纳入洪德的$J$校正，称为DFT+ $U$ + $J$，结合使用最近提出的线性响应理论计算的参数，预测基本带隙准确以及在金红石和金红石TiO $_2$的实验不确定性。我们的方法建立在已建立的研究结果，哈伯德修正钛$3d$和氧$2p$在TiO $_2$子空间，象征性地给出DFT+ $U^{d,p}$，是必要的，以实现可接受的带隙使用DFT+ $U$。当包含Hund的$J$第一原理时，该要求仍然存在。我们还发现，即使使用子空间特定的第一性原理$U$和$J$参数时，计算出的间隙取决于相关的子空间定义。使用最简单合理的相关子空间定义和基本功能，局部密度近似，我们表明，高精度的结果，从使用一个相对简单的形式的DFT+ $U$ + $J$功能。对于闭壳层系统，如TiO $_2$，我们描述了如何各种DFT+ $U$ + $J$泛函减少到DFT+ $U$适当修改的参数，使可靠的带隙可以计算金红石和金红石没有修改传统的DFT+ $U$代码。
2020-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Jahn-Teller stabilization of a "polar" metal oxide surface: Fe3O4(001)
使用从头算热力学，我们编译的Fe_3 O_4（001）的表面作为温度和氧气压力的函数的相图。一个迄今为止被忽视的极性终止与八面体铁和氧形成的波浪状结构沿[110]方向被确定为最低的能量配置在很宽的范围内的氧气气相条件。这种新颖的几何形状在X射线衍射分析中得到证实。Fe 3 O 4（001）表面的稳定化伴随着电子和磁性的显著变化，例如，半金属到金属的过渡。
2005-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learned dynamics of surface polarons at reduced oxide surfaces
alma mater studiorum - università di Bologna（博洛尼亚大学）；university of Vienna（维也纳大学）
利用机器学习辅助动力学模拟，研究还原性金红石TiO2(110)表面小极化子的有限温度动力学，发现表面极化子迁移率比体相低数个数量级，归因于有利跳跃路径的缺失和氧空位的束缚效应。
2026-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ferroelectricity in oxygen-terminated 2D carbides of lanthanide elements
本研究通过ab initio计算发现镧系元素氧端接二维碳化物M2CO2具有铁电和反铁电相，且双轴应变可调控其极化和带隙，展现出优异的紫外光吸收特性。
2024-06-01 cond-mat.mtrl-sci
A Theoretical Investigation of the Thermal and Photochemical Mechanisms of Ethylbenzene Dehydrogenation on Rutile TiO$_{2}$(110)
University of Oldenburg（奥尔登堡大学）
本研究通过量子化学方法探讨乙苯在金红石TiO$_{2}$(110)表面热力学与光化学脱氢机理，揭示了光化学路径中质子耦合电子转移（PCET）主导，并发现表面氧化对反应机制有根本性影响。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A computational investigation of H2 adsorption and dissociation on Au nanoparticles supported on TiO2 surface
讨论了负载在金红石型TiO_2（110）表面上的金纳米粒子在H_2吸附和解离过程中所起的特殊作用。结果表明，H2在n = 1，2，8和20的Au_n团簇上的分子吸附和解离吸附取决于团簇的尺寸、几何结构、团簇的柔性以及与载体材料的相互作用。金红石型TiO_2（110）载体对金团簇上的H_2解离有很强的促进作用。它表明，对H2解离的活性位点位于角落和边缘上的支持物附近的金纳米粒子的表面上。TiO2（110）表面上的低配位氧原子对H2解离起着至关重要的作用。因此，负载在金红石TiO2（110）表面上的金纳米颗粒的催化活性与纳米颗粒和载体之间的周边界面的长度成比例。
2011-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Surface termination control of charge transfer and band alignment across a semiconductor-crystalline oxide heterojunction
异质结之间的电荷重新分布长期以来一直被用来诱导材料系统中的功能响应。在这里，我们研究如何终止表面的组合物影响电荷转移的异质结组成的Si和晶体复合氧化物SrTiO 3。由于表面耗尽，Si中的流动电子穿过界面向SrTiO 3的表面迁移。电子转移又产生了一个电场跨越界面，修改与SrTiO 3和Si之间的键合相关联的界面偶极子，导致从II型到III型的能带排列的变化。通过用BaO、SrO或TiO 2的超薄层覆盖SrTiO 3表面，可以减弱或抑制跨界面的电荷转移。从头算模型暗示的驱动表面耗尽SrTiO 3中的氧的吸附。表面和掩埋界面之间的电子耦合扩展了半导体-晶体氧化物异质结的功能。
2023-03-25 cond-mat.mtrl-sci
