Diffusion- Migration-Reaction-Limited Aggregation of Point Defects: A Model for the Stability of Oxide-layers on Metals and Its Breakdown
薄的氧化层保护金属免受电化学腐蚀，因此该氧化层的稳定性对于金属的耐腐蚀性至关重要。在电化学过程中在金属-氧化物层界面和氧化物层-环境界面处注入该氧化物层的阳离子和阴离子点缺陷的动力学决定了该氧化物层的稳定性。最初由Digby Macdonald提出并由Bosco Emmanuel完善为一个正确而完整的理论的点缺陷模型为研究这一稳定性问题提供了具体的基础。我们已经制定了一个系统的3耦合微分方程（2偏微分方程和一个常微分方程）与适当的初始和边界条件，包括缺陷注入反应。该方程组识别了点缺陷在氧化层中的扩散、迁移和聚集。的缺陷聚类建模使用Avrami定理和随机团聚体的面积体积法。这项研究预计将提供深入了解与氧化层的击穿和周期性，非周期性和混沌振荡的电流/电位的信号的钝化氧化层的击穿的临界性。大量的实验数据正等待着在一个框架内被理解，比如现在。还报告了模型的一些初步结果。
2018-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Remarkably Enhanced Dynamic Oxygen Migration on Graphene Oxide Supported by Copper Substrate
氧化石墨烯（GO）的动态共价性质是广泛的科学领域和技术应用的基本兴趣。获得用于可逆地断裂/重整GO上的氧官能团的共价键的可行的动态反应仍然是一个挑战，尽管这些反应可以通过光子或机械途径诱导，或者通过吸附的水介导。利用密度泛函理论计算，我们证明了在铜衬底支撑的氧化石墨（GO@copper）上，氧的动态迁移过程明显增强，并伴随着相邻环氧基和羟基之间的C-O键断裂反应和质子转移.与GO上相比，GO@ Cu上氧迁移的能垒大大降低，其能垒小于或相当于热涨落，同时GO与铜衬底之间的晶体匹配诱导了GO@ Cu上新的氧迁移路径。这项工作有助于理解金属基底增强的GO动力学性质，并证明了调整二维界面氧基团活性以用于各种潜在应用的策略。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Hot-Carrier Luminescence in Multilayer Reduced Graphene Oxide Nanospheres
我们报道了一种通过增强载流子散射而不是直接改变多层还原氧化石墨烯（rGO）纳米球中的能带结构来促进石墨烯材料中的光致发光发射的方法。我们有意地卷曲石墨烯层以形成纳米球，通过用球形聚合物模板还原氧化石墨烯来操纵载流子散射。这些纳米球产生热载流子发光，与平面纳米片相比，发射效率提高了十倍以上。随着激发功率的增加，纳米球的热载流子发光表现出异常的光谱红移，其动力学特征与增强的电子-声子耦合有关。这些实验结果可以通过考虑屏蔽库仑相互作用得到很好的理解。随着载流子密度的增加，降低的屏蔽效应促进载流子散射，这增强了来自这种多层rGO纳米球的热载流子发射。这种载波散射的情况下，进一步证实了泵浦探测测量。
2013-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Oxide layer formation prevents deteriorating ion migration in thermoelectric Cu$_2$Se during operation in air
本文发现Cu$_2$Se在空气中运行时形成的氧化表面层可抑制Cu$^+$沿电流方向迁移，防止电极处Cu沉积，并结合原位X射线散射与最大熵电子密度分析揭示了热、电梯度下Cu$^+$迁移路径与平衡扩散的显著差异，为Cu$_2$Se热电应用重新奠定基础。
2023-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Electrical, Optical and Structural Properties of Improved Transparent Conductive Oxide TCO Films
透明导电氧化物ITO的高频（GW）后处理导致光传输和电传导的显著改善。在多层结构中的ITO膜的情况下也是如此。改进发生而不影响下层（多层装置的其它层）。该方法具有极高的选择性，只能加工目标膜（层）。
2013-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Towards Optimized Charge Transport in Multilayer Reduced Graphene Oxides
在石墨烯基复合材料应用的背景下，非常需要对多层还原氧化石墨烯（rGO）中的电荷传导的完整理解。然而，这些rGO化合物的特征在于取决于用于其合成的化学方法的多种和不同的无序来源。最重要的是，层间相互作用在促进或破坏电子流中的确切作用仍然不清楚。在这里，由于一个多尺度的计算方法相结合的第一性原理计算与大规模的传输模拟的发展，在多层rGO的传输标度律被解开，解释为什么随着膜厚的增加扩散的。相比之下，接触膜被发现表现出相反的趋势时，平均自由程变得短于沟道长度，因为导电变得主要由层间跳跃驱动。这些预测与实验数据相比是有利的，并开辟了一条道路，优化石墨烯基复合材料与改善的导电性。
2022-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Organic-Metal Oxide Multilayer Channel Transistors with Record Operational Stability
金属氧化物薄膜晶体管正迅速成为应用于驱动有机发光二极管显示器的背板的普遍技术。目前，所有商业产品都依赖于通过物理气相沉积方法加工的金属氧化物。过渡到更简单，更高的吞吐量的制造方法，如基于解决方案的过程，目前正在探索的成本效益的替代方案。然而，开发具有高载流子迁移率和偏置稳定操作的可印刷氧化物晶体管已被证明具有挑战性。在这里，我们表明，混合多层通道组成的交替超薄层（$\leq$ 4 nm）的氧化铟，氧化锌纳米粒子，臭氧处理的聚苯乙烯和一个紧凑的氧化锌层，所有的解决方案在环境气氛中处理，可用于创建TFT具有显着高的电子迁移率（50厘米$^{2}$ /Vs）和记录操作稳定性。插入臭氧处理的聚苯乙烯夹层显示，以减少在金属氧化物表面和异质界面的电子陷阱的浓度。所得到的晶体管在24小时的连续操作中表现出显著增强的偏置稳定性，同时经受大的电场通量密度（2.1 $\times$ 10 $^{-6}$ C/cm $^{2}$），而对电子迁移率没有不利影响。密度泛函理论计算确定这种增强的稳定性的起源作为钝化的氧空位相关的间隙状态，由于臭氧分解的苯乙烯部分和氧化物之间的相互作用。我们的研究结果为偏置应力弹性金属氧化物晶体管的设计提供了新的指导方针。
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Kinetics of electric field induced oxygen ion migration in epitaxial metallic oxide films
本文报道了金属氧化物薄膜电阻随电流变化的观察结果。电阻在非常低的电流（电流密度$J \geq 10^{3}$ A/cm $^{2}$）下变化。结果表明，在较低的温度下，电阻随时间的变化呈指数型，而在$T \geq$ 350 K时，电阻随时间的变化呈蠕变型。相关的时间尺度示出了在$T \approx$ 350 K的幅度急剧下降，其中长范围扩散设置在增加的电导率噪声。这种现象就像氧离子随机晶格中的“玻璃化转变”。
1998-11-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of magneto-ionic mechanisms in ferromagnet/oxide multilayers
本文通过第一性原理模拟研究了Ta/CoFeB/HfO2多层膜中的磁离子机制，计算了不同界面构型的磁各向异性能，提出了能解释近期实验观测结果的微观机制。
2022-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic phase transitions in Ta/CoFeB/MgO multilayers
我们研究了Ta/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO多层膜的电输运特性和磁性隧道结纳米柱。这些测量结果表明，在Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO界面处形成了磁性氧化物层。在大约160 K时，氧化物经历从低温下的绝缘反铁磁体到高温下的导电弱铁磁体的相变。这种界面磁性氧化物有望对用于自旋扭矩存储器的CoFeB基多层膜的磁性产生重大影响。
2015-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Oxide spinels with superior Mg conductivity
具有氧化物阴极的镁电池在可持续性、丰度和能量密度方面有可能大大超过现有的锂离子技术。然而，Mg在阴极处的嵌入常常受到Mg $^{2+}$在氧化物内迁移的缓慢动力学的严重阻碍。在这里，我们报告了一个相结合的理论和实验研究解决路线，以确定阴极材料与改善镁离子迁移率。采用周期性密度泛函理论计算方法，研究了Mg $^{2+}$在氧化物尖晶石中的迁移，揭示了影响Mg $^{2+}$迁移活化能的关键特征.此外，氧化物尖晶石的电子和几何性质，以及它们的稳定性进行了分析，为一系列不同的过渡金属尖晶石。我们发现，电负性过渡金属使高镁离子迁移率的氧化物尖晶石框架，从而有利的阴极功能。基于理论研究结果，一些有前途的候选人已经确定，制备和结构表征。我们结合的理论和实验研究结果开辟了一条途径，利用功能阴极材料与改善镁$^{2+}$传输性能的镁金属电池。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Novel Multifunctional Materials Based on Oxide Thin Films and Artificial Heteroepitaxial Multilayers
过渡金属氧化物具有高温超导性、铁磁性、反铁磁性、铁电性甚至多铁性等优良的物理性质。氧化物薄膜技术的巨大进步使我们能够将这些材料与半导体、正常导电、介电或非线性光学氧化物集成在复杂的氧化物异质结构中，为新型多功能材料和各种器件应用提供了基础。在这里，我们报告的组合铁磁，半导体，金属和介电材料的性能在薄膜和人工异质结构，使用激光分子束外延。我们讨论了氧化物为基础的铁磁隧道结，过渡金属-杂质半导体，本征多铁性和人工铁电/铁磁异质结构的制造和表征-后者允许应变效应的详细研究，形成自旋力学的基础。对于表征，我们使用X射线衍射，SQUID磁强计，磁输运测量，和先进的方法，透射电子显微镜的目标是相关的宏观物理性能与微观结构的薄膜和异质结构。
2010-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum spin Hall effect in rutile-based oxide multilayers
二维电子结构中的狄拉克点是拓扑电子态的来源，因为它们维持着$\pm π$ Berry相。在这里，我们表明，两个金红石多层膜（即（WO $_2$）$_2$/（ZrO $_2$）$_n$和（PtO $_2$）$_2$/（ZrO $_2$）$_n$，其中活性双层被夹在一个足够厚的（n = 6是足够的）带绝缘基板，显示半金属狄拉克色散与沿$Γ-M$方向的总共四个狄拉克锥。当引入自旋-轨道耦合时，这些变得带隙，从而产生包括四个边缘状态的绝缘基态。我们讨论了缺乏拓扑保护的山谷自旋陈数和狄拉克点的重数的起源。我们用一个模型哈密顿量表明，镜像对称破缺能够产生一个量子相变到一个强拓扑绝缘体，每个边缘有一个单一的Kramers对。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of the Switching Mechanism in Resistance Random Access Memory (RRAMTM) Devices: Structural and Electronic Properties Affecting Electron Conductivity in Halfnium Oxide-Electrode System through First Principles Calculations
电阻式随机存取存储器（RRAMTM）器件具有电感应纳米级电阻开关能力，作为未来的非易失性存储器器件已经获得相当大的关注。在这里，我们提出了一种机制，开关的基础上的氧空位迁移驱动的电子性质的变化的过渡金属氧化物（TMO）膜刺激设置脉冲电压。我们使用基于密度泛函理论（DFT）的计算来解释氧空位及其迁移对HfO 2和Ta/HfO 2系统的电子性质的影响，从而创建RRAMTM开关机制的整个故事。计算得到的氧空位迁移的激活能垒与实验得到的置位和复位脉冲电压的结果一致。了解这种机制将有助于有效地实现这些器件中的材料设计。
2011-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Film structure of epitaxial graphene oxide on SiC: Insight on the relationship between interlayer spacing, water content, and intralayer structure
在碳化硅上生长的多层石墨烯的化学氧化产生的膜表现出可再现的特性，横向均匀性，大面积的光滑度和可管理的化学复杂性，从而打开机会，以加速这种形式的氧化石墨烯膜的基本理解和技术应用。在这里，我们调查这些超薄氧化膜的垂直层间结构。X射线衍射、原子力显微镜和IR实验表明，多层膜表现出优异的层间配准，少量（<10%）的插层水，以及约9.35 μ m的出乎意料的大的层间分离。密度泛函理论计算表明，“氧化石墨烯膜中水少但层间距大”的明显矛盾可以通过考虑由碳层形成的多层膜来解释，该多层膜在纳米级上呈现非均匀氧化，其中非氧化和高度氧化的纳米-畴共存，并且其中在堆叠层的氧化区域之间捕获的少量水分子足以解释所观察到的大的层间分离。这项工作揭示了在碳化硅上生长的氧化石墨烯薄膜的垂直和层内结构，更一般地说，它提供了关于石墨烯/氧化石墨材料的层间间距，水含量和结构之间关系的新见解。
2014-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric phase control at domain-wall-like epitaxial oxide multilayers
本研究在外延BaTiO₃/BiFeO₃异质结构中构建带电HH/TT人工畴壁，并通过插入超薄LSMO层实现极化构型对电导率与磁化的磁电调控。
2024-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-ionic Control of Interfacial Magnetism
在金属/氧化物异质结构中，丰富的化学、电子、磁性和机械性能可以从界面化学和结构中产生。利用电场动态控制界面特性的可能性为固态器件中这些特性的电压控制铺平了道路。在这里，我们表明，电开关的界面氧化态允许电压控制的磁性能的程度从来没有通过传统的磁电耦合机制实现。我们直接观察到，第一次，在原位电压驱动的O $^{2-}$迁移的Co/金属氧化物双层，我们使用切换的界面磁各向异性能量>0.6 erg/cm $^2$。我们利用离子迁移的热激活性质，以显着提高开关效率，并证明通过局部激活离子迁移的磁性可逆图案。这些结果表明，基于界面氧化学的固态开关的电压可编程材料的路径。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Asymmetrical Defect Sink Behaviour of HCP/BCC Zr/Nb Multilayer Interfaces: Bubble-Denuded Zones at Nb Layers
本文通过实验与模拟结合，揭示了ZrNb多层膜中因Nb层缺陷迁移势垒较低而在界面形成气泡贫化区的非对称辐照损伤机制，证明其抗辐照硬化与氦保留性能优于单晶和多晶材料。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale insights into electro-steric substitutional chemistry of cerium oxide
氧化铈（CeO 2）是一种最有前途的离子和电子混合导电材料。以前的原子论分析广泛地涵盖了替代对氧空位迁移的影响。然而，深入分析阳离子取代三价阳离子以外的作用很少被探索。在这里，我们调查可溶性一价，二价，三价和四价阳离子取代基。通过结合经典模拟和量子力学计算，我们提供了一个洞察取代基阳离子和氧空位之间的缺陷缔合能，以及它们对扩散机制的影响。模拟结果表明，低价阳离子取代体系的氧离子扩散系数为Gd>Ca>Na。对于相同的电荷，与Ce阳离子的较大尺寸失配产生较低的氧离子扩散率，即，Na>K，Ca>Ni，Gd> Al。基于这些趋势，我们确定了可以调节氧离子扩散率的物种：我们估计，在800 K下，对于GdxCe 1-xO 2-x/2，CaxCe 1-xO 2-x和NaxCe 1-xO 2 -3x/2，实现快速氧离子输运的最佳氧空位浓度为2.5%。值得注意的是，这样的浓度不是恒定的，并且随着温度的升高而逐渐向更高的值移动。我们发现，共同取代可以增强单取代的影响超出预期的简单添加。此外，我们确定优先的氧离子迁移途径，这说明了取代基阳离子在确定氧离子迁移的能量障碍的电空间效应。对控制氧扩散系数和迁移能量的因素的这种基本见解将使得能够定义用于调节材料的离子性质的设计标准，例如，通过共掺杂。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Stability and Character of Zero Field Skyrmionic States in Hybrid Magnetic Multilayer Nanodots
本文提出金属与氧化物耦合的少重复周期混合磁性多层纳米点平台，在零场下稳定50 nm斯格明子并实现2.5倍调控，还观察到高阶靶形斯格明子，为斯格明子MTJ和多态器件提供路径。
2023-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Efficiency limits of Perovskite Solar Cells with Transition Metal Oxides as Hole Transport Layers
过渡金属氧化物（TMO）如MoOx越来越多地被探索作为用于基于钙钛矿的太阳能电池的空穴传输层。由于它们的大功函数，这种太阳能电池的空穴收集机制与其他材料如PEDOT：PSS根本不同，并且相关的器件优化没有很好地阐明。此外，这种架构对离子迁移所带来的挑战的前景还有待探讨-我们在这方面的贡献，通过详细的数值模拟严格审查。奇怪的是，我们发现，对于类似的离子密度和界面复合速度，离子迁移是更有害的Percent太阳能电池与TMO接触层具有低得多的可实现的效率限制（21%）。这项工作所分享的见解应该在长期稳定性，效率下降方面引起社区的广泛兴趣，因此可以帮助严格评估TMO作为钙钛矿太阳能电池空穴接触层的前景和前景。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Factors controlling oxygen interstitial diffusion in the Ruddlesden-Popper oxide La2-xSrxNiO4+delta
Ruddlesden-Popper（RP）氧化物作为氧交换和传输材料的发展将受益于对氧如何通过这些材料传输的机理的理解。使用密度泛函理论，我们发现有两种不同的氧间隙扩散机制，涉及两种不同的氧间隙物种，可以在La 2-xSrxNiO 4 + δ，我们相信，在超化学计量RP氧化物一般是活跃的。第一种机制是先前提出的扩散氧化物介导的机制，其由扩散氧化物介导的机制组成。第二种机制是新发现的，在这项工作中，由氧化物和过氧化物间隙物种。这种机制表现出类似的或可能低于高氧化态的迁移势垒比的双金属性机制。氧化物间隙和过氧化物间隙之间的相对稳定性的变化是导致氧间隙扩散的机制。氧化物和过氧化物的稳定性以及两种氧扩散机制之间的竞争对系统的总体氧化状态敏感。因此，氧扩散机制是材料组成、氧非化学计量、操作温度和氧分压的函数。我们还研究了外延应变对两种氧扩散机制的影响，并发现高达2%的拉伸和压缩外延应变对氧间隙形成、迁移和活化能的影响小于100 meV/（%应变），并且对于-2%至+2%的外延应变，总可实现的活化能降低可能小于100 meV。间隙氧扩散的因素，提出的理解有显着的影响，在许多替代能源技术的RP氧化物的工程。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Rapid Electron Transport in Titanium Oxide Thin Films
量子阱中的快速电子输运引发了许多新的物理现象，成为高速电子学的关键。在这里，我们发现的二氧化钛的电性能从半导体的金属氧化物的氧化程度降低，并在界面处形成肖特基量子阱。在研究多层薄膜的电输运特性时，我们考虑了非对称界面电子散射效应。提出了一种新的多层薄膜物理电导模型。我们发现在面内施加电场的情况下，电子会从低迁移率的半导体和金属导电沟道转移到高迁移率的肖特基量子阱导电沟道。在肖特基量子阱中形成的2DEG的电子浓度和迁移率可以调节，因此纳米器件呈现非线性的电压-电流曲线。在室温下，纳米器件的微分电阻率随电场的增大而减小两个数量级。在我们的纳米器件中，在低温下实验观察到电子的弱电子局域化，这进一步证明了肖特基量子阱中2DEG的存在。我们的工作将为多层薄膜中快速电子输运提供新的物理机制，并为现代微电子工业带来新的功能器件。
2022-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Selective oxidation-induced strengthening of Zr/Nb nanoscale multilayers
本文提出了一种新的方法，控制氧化的纳米金属多层膜的基础上，生产强大的和硬的氧化物/金属纳米复合涂层具有高强度和良好的热稳定性。通过对溅射Zr/Nb纳米金属多层膜进行长期退火，并结合分析透射电子显微镜、纳米力学测试和有限元模型研究其微观结构和力学性能的演变，证明了该方法。将沉积的多层膜在350 ℃下在空气中退火1 - 336小时。弹性模量增加约。20%，硬度约为42%，退火15小时后。较长的退火时间不会导致硬度的变化，尽管在336小时后弹性模量增加到35%。六方晶系锆层迅速转变成单斜晶系氧化锆（在第一个15小时），而铌层逐渐氧化，从顶面向下朝基板，以形成一个无定形氧化物相在一个低得多的速率。Zr和Nb层的顺序氧化对于在多层结构不破裂且不发生涂层剥落的情况下发生氧化是关键的，因为金属Nb层的塑性形变允许部分缓解由于氧化时Zr层的体积膨胀而产生的残余应力。此外，残余应力的发展诱导的力学性能的进一步变化，退火时间，所揭示的有限元模拟。
2016-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Aggregation and Electronically-Induced Migration of Oxygen Vacancies in TiO2 Anatase
利用扫描隧道显微镜（STM）研究了电场和电流对TiO2陶瓷中氧空位行为的影响。VO在（101）面不稳定，在200 K以上的温度下迁移到体相。在大于+4.3 V的样品偏压下扫描干净的SOI（101）表面，在扫描区域中产生表面VO，表明表面下VO迁移回表面。为了验证这一假设，表面VO首先通过高能电子轰击产生。然后对样品进行温和退火，这导致VO移动到次表面区域，在那里它们形成空位簇。这些VO簇具有各种不同的形状。扫描VO集群与高STM偏置可重复地将它们转换回分组的表面VO，具有的配置是每种类型的集群的特征。系统地研究了亚表面到表面VO迁移对STM偏压、隧穿电流和样品温度的依赖关系。结果指出，在这一过程中，充满活力的“热”电子起着关键作用。这一发现与氧化物的忆阻行为和氧在固体氧化物膜中的扩散密切相关。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Depth Profiling of Oxygen Migration in Ta/HfO2 Stacks During Ionic Liquid Gating
Institute of Physics, Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）；Faculty of Physics, Bielefeld University（比勒费尔德大学物理学院）；Faculty of Physics, Osnabrück University（奥斯纳布吕克大学物理学院）
研究通过IL栅极技术分析Ta/HfO2堆叠中氧迁移深度，揭示了氧掺杂与电场、氧化物厚度的关系，为磁离子和纳米离子器件设计提供理论依据。
2025-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic and microwave properties of (Ni,Co)Fe2O4-ferroelectric and (La,Ca,Sr)MnO3-ferroelectric multilayer structures
对具有强磁电耦合的层状铁磁-铁电氧化物进行了结构、磁性和铁磁共振特性的研究。样品中含有厚膜的铁氧体或取代镧锰的铁磁相和锆钛酸铅的铁电相，并在高温下烧结。结果表明，无缺陷的铁氧体，但由于在界面处的扩散锰氧化物参数恶化，并占在锰氧化物-PZT样品的磁电耦合差。
2003-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Surface Effects on Oxide Heterostructures
我们报告了表面效应对LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$外延异质结构界面电子性质的影响。我们的研究结果是基于第一性原理的电子结构计算以及放松的多层配置，终止于一个pull-LaAlO $_3$表面层。在改变这层的厚度，我们发现，界面导电状态受到几乎刚性的能带位移由于修改后的费米能量。根据实验数据，异质界面的电子性质可以通过改变表面-界面距离来系统地调节。我们预计，这种机制是非常普遍的，适用于大多数氧化物异质结构。
2007-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism for bipolar resistive switching in transition metal oxides
我们介绍了一个模型，占在过渡金属氧化物中观察到的双极阻变现象。定性描述了纳米尺度下电场增强的氧空位迁移。该模型的数值研究预测，强电场发展在高阻的电介质-电极界面，导致空间不均匀的氧空位分布和随之而来的电阻开关效应。理论结果定性重现非平凡的电阻滞后实验，我们也报告，我们的模型提供了关键的验证。
2010-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Magnetic Order in Air-Stable Ultra-Thin Iron Oxide
某些二维（2D）材料表现出有趣的性质，如谷极化，铁电性，超导性和电荷密度波。许多这些材料可以在环境条件下手动组装成原子级多层器件，这是由于它们具有出色的化学稳定性。已经做出努力通过缺陷向这些2D材料添加磁性自由度，但是仅实现了局部磁性。只有最近发现的二维材料支持内在铁磁性堆叠自旋电子器件成为现实。由于这些铁磁体对环境退化的敏感性，在环境条件下用这些铁磁体组装2D多层器件仍然具有挑战性，并且在室温下的磁有序在范德华材料中是罕见的。在这里，我们报告的空气稳定的超薄ε相氧化铁晶体，在室温下表现出磁秩序的增长。这些晶体不需要钝化，可以通过成本效益高的化学气相沉积（CVD）大量制备。我们发现，在能量上是不利的，不形成散装，可以很容易地在2D下到7个晶胞厚度的α相。单个晶体的磁光克尔效应（MOKE）磁力测量表明，即使在这个磁极限下，铁磁相也表现出强大的磁性，矫顽场为数百mT。这些测量结果突出了铁氧化物的优势，作为一个有前途的候选人对空气稳定的二维磁性和集成到二维自旋电子器件。
2018-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic interlayer coupling between ferromagnetic SrRuO$_3$ layers through a SrIrO$_3$ spacer
调整磁性多层膜特性的一个关键因素是各个磁性层之间的耦合。在Skyrmion托管多层膜的情况下，跨磁性层的Skyrmion耦合是非常期望的。在这里的磁性层间耦合的外延全氧化物异质结构的铁磁钙钛矿SrRuO $_3$层分离的强自旋-轨道耦合氧化物SrIrO $_3$的间隔进行了研究。这种氧化物层的组合正在被讨论作为一个潜在的候选系统主机Néel skyrmions。进行一阶反转曲线（FORC）测量以区分各个层的磁切换过程并从样品$'$信号中分离软磁杂质的信号。此外，FORC研究能够确定磁性层之间的耦合是铁磁还是反铁磁。所观察到的层间耦合强度是弱的所有异质结构，与SrIrO $_3$间隔层之间的2个单层和12个单层厚。
2022-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Ion-beam induced 1D to 3D periodic transformation in nanostructured multilayers
用透射电子显微镜（TEM）分析了含Fe杂质的周期性Pt/C多层膜系统的离子辐照改性。在玻璃衬底上制作了具有16个Pt/C层对（周期4.23 nm）的多层堆叠。将2 MeV Au $^{2+}$离子束光栅扫描在样品上以获得具有从1 $\times10^{14}$到1 $\times10^{15}$ $ions/cm^2$的注量的均匀照射的条带。已经发现离子辐照导致Fe向Pt层的优先迁移[Nucl. Instr. B212（2003）530]。横截面透射电子显微镜（XTEM）显示在最高离子注量（1 $\times10^{15}$ $ions/cm^2$）的辐射相当大的原子再分布。这个结构中的个体实体就像一个集群。周期性多层膜仅在垂直于多层膜表面的方向上具有周期性。然而，傅立叶变换的XTEM图像的样品照射在最高的能量密度显示新的非正常傅立叶分量的超晶格周期性所产生的离子辐照。通过对这种现象的正确理解，可以制造纳米团簇的三维周期性结构。
2005-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Factors controlling oxygen migration barriers in perovskites
具有快速氧离子传导的钙钛矿可以实现诸如固体氧化物燃料电池的技术。快速氧离子传导的一个组成部分是低氧迁移屏障。在这里，我们应用从头算方法超过40钙钛矿产生的数据库的氧迁移势垒范围从0.2到1.6 eV。挖掘数据库显示，具有低势垒的系统也具有低的金属-氧键强度，如通过氧空位形成能和氧p带中心能测量的。这些相关性为新氧离子导体的开发提供了强有力的描述符，并且可以解释一些最好的氧传导钙钛矿在还原条件下的差的稳定性。其他常见的空间，体积或结构的理想性的措施，只有弱相关性的迁移障碍。最低的迁移势垒（<0.5eV）属于具有非过渡金属B位阳离子的钙钛矿，并且可能需要不涉及掺杂剂或低缔合掺杂剂的空位产生策略以获得最佳性能。
2016-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Boosting spin-orbit torque efficiency in spin-current generator/magnet/oxide superlattices
磁性材料的有效操纵对于自旋电子学至关重要。在自旋电流发生器/磁体双层中，每磁性层厚度的自旋-轨道转矩的效率与磁性层厚度成反比，导致在具有大磁性层厚度的应用中的相当大的功率增加。在这里，我们开发了一个3D自旋轨道材料方案，其中自旋力矩效率可以显着提高堆叠[自旋电流发生器/磁体/氧化物]n超晶格，与氧化物层打破反转对称。相比之下，自旋力矩减少[自旋电流发生器/磁铁]n超晶格缺乏反转对称性破缺。这些结果推进磁多层膜中的自旋轨道力矩的理解，并建立自旋电流发生器/磁体/氧化物超晶格作为开发高能效，高耐久性和高密度自旋电子存储器和计算的有利砖块。
2022-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Sub-monolayer nucleation and growth of complex oxide heterostructures at high supersaturation and rapid flux modulation
我们报告的非平凡的纳米级动力学的沉积新的复杂的氧化物异质结构组成的单位细胞厚的相关金属LaNiO 3和电介质LaAlO 3。多层膜表现出非常好的结晶度和表面形态保持在大量的层，证实了AFM，RHEED，和同步辐射X-射线衍射。为了阐明生长背后的物理学，衬底的温度和沉积速率在很宽的范围内变化，并且在两层模型的框架中处理结果。这些结果对于合成新相的复合氧化物异质结构具有重要意义。
2010-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Layer-by-Layer Assembly of Efficient Flame Retardant Coatings Based On High Aspect Ratio Graphene Oxide and Chitosan Capable of Preventing Ignition of PU Foam
采用逐层（LbL）技术构建包含壳聚糖和氧化石墨烯（GO）片晶的多层膜，能够改善开孔PU泡沫的阻燃性能。LbL组装遵循通过红外光谱法评估的线性生长方式，并产生多层结构，其中GO片晶嵌入在壳聚糖连续基质内。3和6双层（BL）可以有效地涂覆泡沫的复杂3D结构并显著改善其阻燃性能。3BL添加量仅为原质量的10%，在强制燃烧试验中，可抑制燃烧过程中的熔滴，并使热释放速率峰值降低54%，总烟释放量降低59%。在用于FR目的的其他LbL组件中前所未有的是，沉积6 BL能够将可燃挥发物的释放减缓到不可燃性的极限，从而防止在锥形量热法测试期间一半样品的点燃。这归因于保护涂层的形成，其中由壳聚糖产生的热稳定炭用作嵌入GO片晶的连续基质，其控制挥发物释放，同时机械地维持PU泡沫结构。
2018-04-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Grain Boundary Driven Plateau-Rayleigh Instability in Multilayer Nanocrystalline Thin Film: A Phase-field Study
纳米晶多层薄膜的热稳定性是非常重要的，因为应用通常涉及高温。在这里，我们报告的层不稳定现象，在二元多晶薄膜在较高的温度下从晶界迁移启动使用相场模拟。层的厚度，双层间距和晶界的存在下，层的稳定性也随着各相的晶界流动性的影响进行了研究。层的不稳定性在多晶薄膜中示出产生的晶界开槽，这起源于自发地从晶界的存在。结果表明，由微分曲率产生的扰动的增长遵循Plateau-Rayleigh不稳定性判据。层厚度的增加、较低的双层厚度以及较低的晶界迁移率提高了层稳定性。相场模拟显示了类似的微观结构的演变，已经观察到在我们的锆（Zr）/氮化锆（ZrN）系统的实验。在这项工作中进行的详细分析，以了解层不稳定性的机制，使我们预测的措施，这将提高多层纳米薄膜的热稳定性。
2016-11-14 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
Angstrom-scale ion-beam engineering of ultrathin buried oxides for quantum and neuro-inspired computing
本文提出一种基于聚焦离子束退火的埃米尺度离子束工程技术，通过深度控制晶体缺陷实现超薄埋入氧化物的精确厚度调控，并在约瑟夫森结和超导量子比特上展示了高性能，为量子与神经形态计算提供可扩展的制造方案。
2024-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Imaging Oxygen Defects and their Motion at a Manganite Surface
锰氧化物是技术上重要的材料，广泛用作固体氧化物燃料电池阴极：它们还显示出电阻。氧的体扩散和表面交换过程对于催化作用是至关重要的，并且对锰氧化物的许多研究已经将电阻与电化学氧迁移联系起来。个别氧缺陷的直接成像是必要的，以支持这些重要的过程的理解。目前不可能大量收集所需的图像，但扫描隧道显微镜可以提供表面的此类数据。在这里，我们显示了第一个原子分辨率的图像氧缺陷在锰氧化物表面。我们的实验还揭示了缺陷动力学，包括氧吸附原子迁移，空位吸附原子复合和吸附原子双稳态。除了为描述过渡金属氧化物界面处氧迁移的微观结构的测试模型提供实验基础之外，我们的工作解决了为什么扫描隧道显微镜对层状锰氧化物比对铜氧化物更具挑战性的长期难题。
2011-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electric-field-induced magnetization changes in Co/Al2O3 granular multilayers
实验研究了电场对Co/Al_2 O_3颗粒多层膜磁化强度的影响。我们观察到两个不同的制度：（a）低场制度时，系统的净磁化强度与所施加的电场以可逆的方式变化和（b）高场制度时，磁化强度不可逆地减少。前者归因于Co颗粒中少数和多数带的相对3d轨道占据的变化。一个理论模型已被开发来解释的电场诱导的颗粒系统的能带结构的变化，因此磁矩。后一个结果可以理解为假设电场诱导氧从Al 2 O3迁移到Co颗粒，因为通过从头计算显示Co颗粒的氧化态的增加导致系统的磁化强度降低。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of charge transition levels on grain boundary properties in acceptor doped oxide ceramics: A phase-field study
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；IMDEA Materials（IMDEA材料研究所）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体的研究研究所）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本文通过相场模型研究电荷跃迁能级对空间电荷层演变的影响，揭示其在控制晶界性质中的作用，提出了一种与缺陷化学一致的模型，用于分析电荷跃迁能级对空间电荷层形成的影响。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Effects of the number of layers on the vibrational, electronic and optical properties of alpha lead oxide
我们用第一性原理计算研究了层数对$α$ -PbO的结构、振动、电子和光学性质的影响。我们的理论计算表明，由于力常数的减小和键长的增加，$α$ -PbO的四个拉曼活性模有从体相到单分子层的红移趋势。它已被证明，而块体和多层$α$ -PbO具有间接带隙，单层形式具有2.59 eV的直接带隙值。虽然铅原子具有5d态，但自旋-轨道耦合并不显著影响$α$ -PbO的能带结构。计算的解理能值（0.67 J/m $^2$）证实，单层PbO可以很容易地从其本体对应物通过剥离方法获得。除了能带结构，我们还计算了$α$ -PbO结构的光学性质和吸收光子通量$J_{abs}$，以研究太阳吸收的可能性。我们的计算表明，虽然单层和双层PbO具有相对较大的带隙和较低的吸收系数，其$J_{abs}$值是不理想的太阳能吸收器件。相比之下，$α$ -PbO的多层相和体相显示出与太阳光谱的良好重叠，并产生高电流值。计算结果表明，$α$ -PbO复合薄膜（如厚度为3 nm）可以作为太阳能电池的理想材料。我们相信，我们的工作可以用来改善电子和光学器件的基础上的铅氧化物结构。
2018-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of anisotropic oxygen-ion migration in strained cobaltites
氧空位通道（OVC）的取向控制对于定制氧扩散是高度期望的，因为它在离子导体中充当快速传输通道，这在固态燃料电池、催化剂和离子电池中被广泛利用。直接观察氧离子向优先空位跳跃是澄清迁移途径的关键。在这里，我们报告的各向异性氧离子迁移介导的应变通过原位热激活的原子分辨透射电子显微镜。OVC转变过程中氧的迁移路径是基于原子结构构建的，在拉伸应变下表现为垂直-水平的OVC转变，而在压缩应变下表现为水平-对角的OVC转变。我们评估了OVC的拓扑结构变化，确定了公差因子对OVC稳定性的关键作用，并建立了应变相关相图。我们的工作提供了一个实用的指导工程OVC取向，适用于离子氧化物电子学。
2021-11-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable magnetocaloric effect and enhanced refrigerant capacity in composite-like oxide heterostructures
本文详细研究了La_2NiMnO_6和La_2/3Sr_1/3MnO_3异质结的磁热效应。这些多层样品的磁熵变（$ΔS_{m}$）的温度依赖性的形状、宽度和幅度可以通过改变它们的布局来调节和控制。在超过室温的宽温度范围内，在所有样品中观察到大的$ΔS_{m}$。我们观察到一个温度无关的桌面一样的$ΔS_{m}$在高达100 K的温度范围内的三层样品。具有多次磁相变的La 2 NiMnO 6双钙钛矿是调整和塑造磁熵变化的温度依赖性以适应多个冷却循环要求的关键。
2022-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interface reconstruction in V-oxide heterostructures determined by x-ray absorption spectroscopy
我们提出了一个X射线吸收研究的V氧化态的依赖关系的厚度的LaVO $_3$（LVO）和覆盖LaAlO $_3$（LAO）层的LVO夹在LAO之间的多层结构。我们发现，作为LAO层厚度的函数的V的化合价的变化可以定性地解释由电子重建接口和化学重建之间的过渡。作为LVO层厚度的函数的变化由于在较厚的LVO层的本体中存在相当大量的V $^{4+}$而变得复杂。
2009-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen-Induced Surface Reconstruction of SrRuO3 and Its Effect on the BaTiO3 Interface
原子设计的氧化物多层膜和超晶格显示出响应于界面的电子和原子结构的独特性质。我们跟踪了在SrRuO_3电极上生长BaTiO_3铁电体的过程，并对每个阶段的表面结构进行了原子尺度的原位分析。一个氧诱导的表面重建SrRuO3导致形成SrO行间隔的两倍的批量周期性。这种重建修改的第一钛酸钡层随后生长的结构，包括与横截面光谱观察到的混合。这些观察结果表明，这种共同的氧化物界面是更有趣的比以前报道的，并提供了一个范例的氧化物结构在界面处的氧工程。
2010-07-22 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
Effects of layer thickness on the mechanical behavior of oxidation-strengthened Zr/Nb nanoscale multilayers
分析了磁控溅射Zr/Nb纳米多层膜的力学行为和变形机制，并与周期（L = 10和75 nm）和350 ℃退火时间（2-336 h）进行了关系。沉积态多层膜的强度与膜厚无关，而是由Zr和Nb层的共同变形控制。退火导致的Zr层转化成ZrO 2后，几个小时，而Nb层氧化的速度慢得多。与氧化相关的体积膨胀导致在界面处和L = 75 nm的多层膜的ZrO 2层内形成裂纹，但在L = 10 nm的情况下不会。退火后的纳米压痕硬度显着增加，由于与体积的增加，由于氧化和氧化物的强度较高的残余应力的贡献。退火后的强度增加，通过微柱压缩测试测得的，是小于通过纳米压痕测得的，因为它不包括残余应力的贡献，这是在微柱制造过程中释放。L = 10 nm的纳米层压材料具有最高的强度和韧性，因为氧化过程中的损伤被抑制，并且变形机制由剪切带的形成控制。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmionics in correlated oxides
虽然手性磁体，金属基磁性多层膜或Heusler化合物已被认为是Skyrmionics领域的材料主力，但氧化物现在正成为有前途的替代品，因为它们具有自旋-轨道-电荷-晶格自由度和/或耦合铁性序参量之间的特殊相关性。这些相互作用为实际利用skyrmionics开辟了新的可能性。本文综述了近年来在各种氧化物体系中拓扑自旋织构的观测和控制方面的研究进展。我们首先在大块和异质结构铁磁氧化物中发现了skyrmions和相关的准粒子。接下来，我们强调的缺点，实现铁磁纹理，这导致了最近的探索亚铁磁和反铁磁氧化物对应物，具有较高的居里温度，杂散场免疫力，低吉尔伯特阻尼，超快磁动力学，和/或没有skyrmion偏转。然后，我们强调了新的途径来控制的稳定性，运动，和检测的拓扑纹理使用电场和电流的发展。最后，我们提出了需要克服的突出挑战，以实现全电，非易失性，低功耗的氧化物skyrmionic设备。
2022-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional hybrid composites of SnS2 with graphene and graphene oxide for improving sodium storage: A first-principles study
在钠离子电池（SIB）电极材料的最新研究成果中，二维材料的杂化是最令人感兴趣的内容之一。在这项工作中，我们建议使用二维杂化复合材料的SnS 2与石墨烯或氧化石墨烯（GO）层作为SIB阳极，基于其原子结构，钠嵌入能量和电子性质的第一性原理计算。计算结果表明，石墨烯或GO薄膜不仅可以有效地支持与SnS 2层形成稳定的异质界面，而且可以有效地支持钠原子的嵌入，并具有低的迁移能和可接受的低体积变化。电子电荷密度差和局域态密度表明电子从石墨烯或GO层转移到SnS 2层，促进异质界面的形成并改善半导体SnS 2层的电子电导。这些二维混合复合材料的SnS 2/G或GO的结论是更有前途的候选人SIB阳极相比，单独的单层。
2018-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer from an adsorbed ruthenium-based photosensitizer through an ultra-thin aluminium oxide layer and into a metallic substrate
用同步辐射光电子能谱学、共振光电子能谱（RPES）和近边X射线吸收精细结构谱（NEXAFS）研究了染料分子N3（顺式-双（异硫氰酸基）双（2，2-联吡啶-4，4 '-二羧基）钌（II））与AlNi（110）衬底上超薄氧化层的相互作用.校准的X射线吸收和价带谱的单层和多层覆盖揭示，电荷转移是可能的，从分子到AlNi（110）衬底通过隧道通过超薄氧化物层，并进入导带边缘的基板。这种电荷转移机制可能来自处于激发态的LUMO+2&3，但不可能来自LUMO，因此能够进行芯-孔时钟分析，其给出转移时间的上限为$6.0\pm$ 2.5fs。这表明超薄氧化物层是用于染料敏化太阳能电池（DSSC）的可行材料，这可能导致减少复合效应和提高未来器件的效率。
2014-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Strain Effects on Oxygen Migration in Perovskites
快速氧传输材料对于一系列技术是必需的，包括高效且具有成本效益的固体氧化物燃料电池、气体分离膜、氧传感器、化学循环装置和忆阻器。应变常被认为是提高氧传输材料性能的一种方法，但其影响的大小及其潜在的机制并不清楚，特别是在广泛使用的钙钛矿结构氧导体中。本工作报告的第一性原理预测的应变对迁移能量的形式LaBO 3，其中B = [Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Ga]的9个钙钛矿系统。双轴应变，可能很容易在外延系统中产生，预计将导致近似线性的变化迁移能量。我们发现，拉伸双轴应变降低了整个系统的氧空位迁移势垒研究的平均66毫电子伏每百分之应变为一个单一的选择跳，低的36和高的89毫电子伏的迁移势垒降低每百分之应变在所有系统。当考虑所有跳变时，每个系统内迁移势垒变化的估计范围约为25 meV/ %应变。这些结果表明，应变可以显著影响这些材料中的传输，例如，对于这里计算的最具应变响应性的材料之一（LaCrO 3），2%的拉伸应变可以使扩散系数在300 K时增加约三个数量级（在500 °C或773 K时增加一个数量级）。我们表明，一个简单的弹性模型，假设只有在立方环境和固定的迁移量的膨胀或压缩应变，可以定性，但不能定量模型的迁移能量的应变依赖性，这表明连续弹性不捕获的因素发挥了重要作用的应变响应。
2016-07-15 cond-mat.mtrl-sci
