Solid-like to Liquid-like Behavior of Cu Diffusion in Superionic Cu2X (X=S, Se): An Inelastic Neutron Scattering and Ab-Initio Molecular Dynamics Investigation
Sajan Kumar, M. K. Gupta, Prabhatasree Goel, R. Mittal, Olivier Delaire, A. Thamizhavel, S. Rols, S. L. Chaplot
Cu2Se and Cu2S are excellent model systems of superionic conductors with large diffusion coefficients that have been reported to exhibit different solid-liquid-like Cu-ion diffusion. In this paper, we clarify the atomic dynamics of these compounds with temperature-dependent ab-initio molecular dynamics (AIMD) simulations and inelastic neutron scattering (INS) experiments. Using the dynamical structure factor and Van-Hove correlation function, we interrogate the jump-time, hopping length distribution and associated diffusion coefficients. In cubic-Cu2Se at 500 K, we find solid-like diffusion with Cu-jump lengths matching well the first-neighbour Cu-Cu distance of ~3 Å in the crystal, and clearly defined optic phonons involving Cu-vibrations. Above 700 K, the jump-length distribution becomes a broad maximum cantered around 4 Å, spanning the first and second neighbour lattice distances, and a concurrent broadening of the Cu-phonon density of states. Further, above 900 K, the Cu-diffusion becomes close to liquid-like, with distributions of Cu-atoms continuously connecting crystal sites, while the vibrational modes involving Cu motions are highly damped, though still not fully over-damped as in a liquid. At low temperatures, the solid-like diffusion is consistent with previous X-ray diffraction and quasielastic neutron scattering experiments, while the higher-temperature observation of the liquid-like diffusion is in agreement with previous AIMD simulations. We also report AIMD simulations in Cu2S in the hexagonal and cubic superionic phases, and observe similar solid and liquid-like diffusion at low- and high-temperatures, respectively. The calculated ionic-conductivity is in fair agreement with reported experimental values.
Bridging the Gap Between Simulated and Experimental Ionic Conductivities in Lithium Superionic Conductors
锂超离子导体（LSC）作为下一代全固态锂离子电池的固体电解质是非常重要的。虽然$ab$ $initio$分子动力学已被广泛应用于研究这些材料，但由于这种模拟的高温和短时间尺度，预测和实验测量的离子电导率和活化能之间往往存在很大的差异。在这里，我们提出了一个战略，以弥补这一差距，使用矩张量势（MTP）。我们表明，使用范德华optB 88功能计算的能量和力训练的MTP产生更准确的晶格参数，这反过来又导致准确预测的离子电导率和活化能的锂$_{0.33}$ La $_{0.56}$ TiO $_3$，锂$_3$ YCl $_6$和锂$_7$ P $_3$ S $_{11}$ LSC。使用optB88 MTP的NPT MD模拟还显示，所有三个LSC在相对较低的温度下在两个准线性Arrhenius制度之间发生转变。这种转变可以追溯到扩散途径的数量和多样性的扩张，在某些情况下，扩散的维度发生了变化。这项工作不仅提出了一种方法来开发高精度的MTP，但也概述了LSC的扩散特性，否则无法通过$ab$ $initio$计算。
Deep Potential generation scheme and simulation protocol for the Li10GeP2S12-type superionic conductors
由于计算成本高，使用{ \it ab initio}分子动力学（AIMD）在室温下精确模拟锂离子在电池材料中的扩散过程一直是一个挑战。近年来，由于基于机器学习的原子间势的进步，这种情况发生了巨大变化。在这里，我们实现了深电位发生器计划，以\textit{automatically}产生LiGePS型固态电解质材料的原子间相互作用势。这增加了我们模拟这些材料的能力，在不牺牲{ \it ab initio}精度的情况下，提高了几个数量级。重要的技术方面，如统计误差和尺寸效应进行了仔细研究。我们进一步建立了一个可靠的协议，在实验条件下准确计算锂离子扩散过程，通过调查重要的技术方面，如统计误差和尺寸效应。这样的协议和自动化工作流程使我们能够以更高的效率筛选材料的相关属性。通过使用这里开发的协议和自动化的工作流程，我们得到的扩散系数数据和锂离子扩散的活化能，以及同意与实验。本文的工作为进一步研究锂离子扩散机理和优化固态电解质材料的锂离子导电性能奠定了基础。
Absence of magnetism in the superconductor Ba2Ti2Fe2As4O: Insights from inelastic neutron scattering measurements and ab initio calculations of phonon spectra
Ba_2Ti_2Fe_2As_4O是一种自掺杂超导体，其Tc ~ 21.5K，与其它铁基超导体不同的是，它不仅含有[Fe_2As_2]层，而且含有导电[Ti_2O]片。该化合物在T ~* ~ 125 K处出现一个跃迁，文献中已初步将其归属于一个可能的密度波序。然而，这种密度波的性质（无论是电荷还是自旋引起的）仍在争论中。Ba 2 Ti 2Fe 2As 4 O的磁性从未被实验证实，这引发了一个问题，即这种超导体是否是非磁性的，或者表现出非常弱的磁性。在这里，我们报告的证据，从非弹性中子散射（INS）测量和从头计算声子谱指向没有磁性Ba 2 Ti 2Fe 2As 4 O。INS测量没有发现声子谱在Tc上有任何明显的变化，在可接近的（Q，E）空间内也没有观察到磁效应，这使得Ba_2Ti_2Fe_2As_4O成为一种非常规的超导体。通过从头计算进一步研究了磁性对描述声子谱的影响。在这种情况下，非磁性计算再现以及测量的声子谱。因此，我们的研究结果表明，超导体Ba_2Ti_2Fe_2As_4O的非磁性和非常规的性质。
Anomalous Lattice Behavior of Vanadium Pentaoxide (V2O5): X- Ray Diffraction, Inelastic Neutron Scattering and ab-initio Lattice Dynamics
本文介绍了层状五氧化二钒（V2 O 5）的结构和动力学研究。随温度变化的X射线衍射测量结果表明，在12 ~ 853 K范围内，样品具有高度的各向异性和反常的热膨胀。结果表明，与以往的透射电镜（TEM）和电子能量损失谱（EELS）实验结果相反，未发现α-V2 O 5发生结构相变或分解的迹象。非弹性中子散射测量进行了高达673 K证实了我们的X射线衍射测量的结果。实验数据的分析进行了从头计算晶格动力学计算。通过从头计算揭示了范德华色散和Hubbard相互作用对结构和动力学的重要作用。计算得到的各向异性热膨胀行为与温度依赖的X射线衍射结果吻合较好.根据计算得到的各向异性的Grüneisen参数和弹性系数讨论了各向异性热膨胀和各向异性线性压缩的机理。计算得到的V2 O 5各相的吉布斯自由能用于理解该化合物的高温高压相图。弹性常数（C_（66））随压力的软化表明，在压力作用下α相转变为\b{eta}相的可能是剪切机制。
Anisotropy of Resonant Inelastic X-Ray Scattering at the K Edge of Si:Theoretical Analysis
基于从头计算方法，对硅的$K$边缘的共振非弹性X射线散射（RIXS）进行了理论研究.我们计算的RIXS光谱与系统地改变transfered-momenta，入射光子能量和入射光子偏振。我们用Y. Ma { \it et al}.（Phys. Rev. Lett. 74，478（1995）），提供了光谱的定量解释。
Ab initio lattice dynamics simulations and inelastic neutron scattering spectra for studying phonons in BaFe2As2: Effect of structural phase transition, structural relaxation and magnetic ordering
Momentum-dependent resonant inelastic X-ray scattering at the Si K edge of 3C-SiC: A theoretical study on a relation between spectra and valence band dispersion
Anomalous Thermal Expansion, Negative Linear Compressibility and High-Pressure Phase Transition in ZnAu2(CN)4: Neutron Inelastic Scattering and Lattice Dynamics Studies
