Octahedral rotation-induced ferroelectricity in cation ordered perovskites
对电场可调的电、磁和轨道(EMO)材料的日益增长的需求重新引起了人们对复杂钙钛矿氧化物中的铁电性及其与EMO性质的耦合的兴趣。实现自发极化的历史设计策略涉及二阶Jahn-Teller(SOJT)活性阳离子的掺入。然而,挑战在于,这种机制仅限于特定的化学物质,并且所产生的极性畸变在很大程度上与EMO特性无关,从而限制了它们作为场可调谐多功能技术材料的用途。在这里,我们报告的晶体化学标准,绕过这些限制,并使新材料的合理设计显示八面体旋转诱导铁电性-一种创新的路线,实现电极化的强度,而不需要SOJT阳离子-从非极性积木。该策略利用了中心八面体旋转模式,其强烈耦合到EMO性质,以及在非极性$AB$ O $_3$钙钛矿中通常观察到的阳离子排序。通过将可切换的电极化的强度与过渡金属氧八面体的连接性结合,可以对材料性质进行电场控制。
2012-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Mixed Formamidinium-Methylammonium Lead Iodide perovskite from first-principles: Hydrogen-bonding impact on the electronic properties
具有混合有机阳离子如甲基铵和甲脒鎓的杂化钙钛矿由于其改善的稳定性和改变组成来调节其性质的能力而引起了人们的兴趣。在这项工作中,我们报告的局部变化的结构和电子性质的混合A-位阳离子MA/FA碘化铅钙钛矿FAXMA 1-XPBI 3评价静态第一性原理计算在某些结构中的有机阳离子的取向的结果,从检查一些组合物的能量景观。在A位的阳离子置换形成固溶体导致无机PbI 6八面体的倾斜增加:在富FA化合物中,FA被较小的阳离子如MA置换是为了补偿较小阳离子提供的减少的空间填充,而在富MA化合物中是为了扩大较大阳离子所需的空间。事实上,八面体倾斜的影响超过了确定这些有机阳离子混合物的带隙的晶胞尺寸。计算结果表明,纯化合物中碘阴离子的氢键所起的关键作用在阳离子混合钙钛矿中得以保留。结果发现,MA-I键保持强于FA-I键在整个组合物范围内,无论单位细胞的膨胀作为FA含量的增加。我们的计算揭示了氢键如何稳定非成键的I-5 p轨道,空间上垂直于Pb-I-Pb键轴,当H-I相互作用发生时降低它们的能量,这将解释氢键在混合钙钛矿的结构稳定中的众所周知的作用。这些结果有助于理解在卤化铅钙钛矿物理中A位阳离子混合所起的作用。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Preserving the Stoichiometry of Triple-Cation Perovskites by Carrier-Gas-Free Antisolvent Spraying
在溶液处理的卤化铅钙钛矿层的制造过程中使用抗溶剂越来越普遍。通常,在旋涂过程中通过移液来施加抗溶剂,这通常不可逆地改变钙钛矿层的组成,导致在钙钛矿层的表面和本体处形成PbI2。在这里,我们证明了通过经由无载气喷涂施加反溶剂,钙钛矿层的化学计量比得到更好的保持。因此,在倒置结构中制造的三重阳离子光伏器件的光伏性能得到增强,这主要是由于开路电压的增加。通过探索不同体积的反溶剂,我们表明,喷雾少至60 μ L的结果,在设备与功率转换效率高达21%。此外,具有喷雾的反溶剂的太阳能电池比通过吸移反溶剂制造的太阳能电池更稳定。
2022-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Cation and anion substitutions in hybrid perovskites: solubility limits and phase stabilizing effects
有机或无机(A)金属(M)卤化物(X)钙钛矿(AMX 3)是为开发高效、低成本和多结太阳能转换器件奠定基础的半导体材料。目前,使用含有甲基铵、甲脒、Cs和Rb以及碘、溴和氯作为阴离子的混合组合物获得最佳效率。了解基本性质,如晶体结构及其对带隙的影响,以及它们的相稳定性是必不可少的。在本系统的研究中,X射线衍射和光致发光光谱被应用于评估具有混合成分的混合钙钛矿的结构和光电性能。
2018-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the impact of organic cation passivation on structural and optoelectronic properties of two-dimensional perovskites thin films
本文通过DFT计算系统研究17种有机阳离子对二维钙钛矿薄膜的钝化效应,揭示其酸碱作用与氢键机制,并筛选出FPEA、PEA和BtA三种最具应用潜力的阳离子。
2024-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Orbital Engineering in Three Dimensional Halide Perovskites towards Two Dimensional Properties with Strong Anisotropy
双钙钛矿A2 B(I)B(III)X6(A=一价阳离子; B(I)/B(III)=金属阳离子; X =卤素)作为无Pb(II)替代物的发现引起了广泛关注,使得可以引入d-区金属阳离子(例如,d 0和d10)转化为卤化物钙钛矿。然而,目前,有相当有限的见解为d-区金属阳离子为基础的卤化物钙钛矿的潜在的成键轨道。在这里,我们提出了一种轨道工程策略,通过合理控制金属阳离子的d轨道与卤化物p轨道杂化,在三维(3D)卤化物钙钛矿中构建二维(2D)电子结构。以Cs_2Au(I)Au(III)I_6为例,利用第一性原理计算,证明了通过两种不同d轨道构型的金属阳离子的结合,可以同时实现导带和价带的平坦化.预测的载流子迁移率在Cs2 Au(I)Au(III)I6中沿面内和面外方向显示出巨大的各向异性,进一步证实了2D电子性质。此外,还观察到了各向异性的静态双电子常数和杨氏模量。更重要的是,发现Cs2 Au(I)Au(III)I6在卤化物钙钛矿中具有优异的机械柔性和超小的剪切模量。我们的工作为实现三维卤化物钙钛矿的低维电子特性提供了有价值的指导。
2019-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between organic cations and inorganic framework and incommensurability in hybrid lead-halide perovskite CH3NH3PbBr3
混合铅-卤化物钙钛矿中的有机-无机耦合是使这些新兴材料的出色光伏性能合理化的核心问题。在这里,我们比较和对比的混合CH 3 NH3 PbBr 3和无机CsPbBr 3铅卤化物钙钛矿的结构和动力学的演变与温度,使用拉曼光谱和单晶X-射线衍射。结果表明,它们的有序-无序转变之间形成鲜明对比,突然的混合,而无机钙钛矿平滑。X射线衍射观察到一个中间的无公度相之间的有序和无序相在CH 3 NH3 PbBr 3。低频拉曼散射捕获的外观的一个尖锐的软模式的无公度相,归因于理论预测的amplitudon模式。我们的工作突出了有机阳离子CH 3 NH3+和铅卤化物框架的结构动力学之间的相互作用,并揭示了有机和无机部分的倾向之间的竞争,以最大限度地减少混合钙钛矿结构的无公度相的能量。
2017-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Characterizing the Influence of Charge Extraction Layers on the Performance of Triple-Cation Perovskite Solar Cells
选择合适的电荷传输层和抑制吸收层界面处的非辐射复合对于最大化卤化物钙钛矿太阳能电池的效率至关重要。本工作采用不同的富勒烯基电子输运层和不同的自组装单分子膜作为空穴传输层制备了高质量的钙钛矿薄膜和器件。然后,我们对各种不同的电学,光学和基于光电发射的表征技术进行了比较研究,以量化太阳能电池,各个层以及重要的是它们之间的界面的特性。此外,我们强调了不同测量的局限性和问题,通过结合不同的方法和不同的策略从实验原始数据中提取信息所获得的见解。
2023-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Azetidinium Lead Iodide for Perovskite Solar Cells
杂化有机-无机钙钛矿已被确立为新兴光致发光的良好候选材料,据报道器件效率超过22%。目前只有两种有机阳离子,甲基铵和甲脒,它们产生具有适合光伏器件的带隙的3D钙钛矿。许多计算研究已经将氮杂环丁烷钥鉴定为用于合成有机-无机钙钛矿的潜在的第三阳离子,但是迄今为止还没有公开含氮杂环丁烷钥的钙钛矿的实验报告。在这里,我们首次制备了氮杂环丁烷碘化铅,并表明它是一种稳定的亮橙色材料,可以成功地用作太阳能电池的吸收层。我们还表明,它是可能的,使混合阳离子装置通过添加氮杂环丁烷阳离子甲基铵碘化铅。与甲基铵碘化铅电池相比,混合的氮杂环丁烷鎓-甲基铵电池显示出改善的性能和降低的滞后。
2017-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Cation Dynamics in Hybrid Halide Perovskites
混合卤化物钙钛矿半导体表现出复杂的动力学无序,同时也具有理想的光电应用,包括光电子学的性能。然而,这些材料在结构和组成上不同于由四面体配位元素组成的“传统”化合物半导体,其平均价电子数为硅。如这里所讨论的,混合卤化物钙钛矿的额外的动态自由度是其许多潜在的变革性物理性质的基础。这些材料的原子动力学的中子散射和光谱学研究已经产生了重要的见解的功能特性。具体来说,非弹性中子散射已被用来阐明声子能带结构,和准弹性中子散射(QENS)揭示了性质的不相关的动力学有关的分子重新取向。了解这些复杂的半导体动力学阐明了温度依赖的相稳定性和起源的缺陷容忍电子输运从高度极化的介电响应。此外,混合钙钛矿的动态自由度为应用工程和创新提供了额外的机会。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Multi-scale model for disordered hybrid perovskites: the concept of organic cation pair modes
我们利用相对论密度泛函理论(DFT)研究了有机-无机杂化钙钛矿$\text{CH}_3^{}\text{NH}_3^{}\text{PbI}_3^{}$的性质。为了我们的分析,我们引入了$\text{CH}_3^{}\text{NH}_3^+$“对模式”的概念,即两个相邻的$\text{CH}_3^{}\text{NH}_3^+$阳离子的特征相对取向。在我们之前的工作[Phys. Rev. B \textbf{94},045201(2016)]中,我们确定了单个$\text{CH}_3^{}\text{NH}_3^+$阳离子在晶胞中采用的两个优先取向。通过应用对称操作,相关对的总数可以从产生的196个组合减少到仅25个。对几种$2\!\times\!2\!\times\!2$超原胞模型的DFT计算结果揭示了总能量、带隙和能带结构与$\text{CH}_3^{}\text{NH}_3^+$阳离子分布和对模的关系。然后,我们分析了一系列的$4\!\times\!4\!\times\!4$超原胞模型与无序$\text{CH}_3^{}\text{NH}_3^+$阳离子的对模式分布。我们的研究结果表明,对角取向的$\text{CH}_3^{}\text{NH}_3^+$阳离子是罕见的优化$\text{CH}_3^{}\text{NH}_3^{}\text{PbI}_3^{}$超晶胞结构。在…
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of interfaces for double-cation halide perovskites with AVA2FAPb2I7 additives
本研究通过引入AVA2FAPb2I7添加剂稳定CsFAPbI3钙钛矿异质结构,抑制热循环相变和界面腐蚀,提升器件稳定性。
2025-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Strongly Anharmonic Organic Cation Vibrations in Hybrid Lead Halide Perovskite CH3NH3PbI3 on Electronic Ground State
研究了室温下四方相的无机-有机混合卤化铅钙钛矿CH 3 NH3 PbI $在略低于带隙的中等光激发下的超快振动动力学。时间分辨光克尔效应信号表现出周期性调制,由于在4和8太赫兹的甲基铵分子的振动和扭曲,除了在1.2太赫兹的无机亚晶格变形。这些振荡被严重阻尼,并且它们的频率随着泵浦密度的增加而呈现蓝移,这与传统激光加热的预期相反。我们的从头算晶格动力学模拟揭示了强烈的非谐振动势的带中心光学声子模式,从而证实了非谐性是实验观察到的频率蓝移的起源。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the role of organic cations in hybrid halide perovskites CH3NH3PbI3
混合卤化物钙钛矿CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$已经使太阳能电池达到约18\%的效率,展示了在太阳能领域中没有先例的改进步伐。尽管取得了这样的爆炸性进展,但这种材料成功背后的微观起源仍然存在争议,有机阳离子在光捕获过程中所起的作用仍然不清楚。在这里范德华校正的密度泛函理论计算表明,有机分子的取向起着决定材料的电子性质的基本作用。例如,如果CH $_{3}$ NH $_{3}$沿着(011)类方向取向,则PbI $_{6}$八面体笼将扭曲,并且带隙将变为间接的。我们的研究结果表明,分子的旋转,随之而来的动态变化的能带结构,可能是在起源的慢载流子复合和CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$优越的转换效率。
2015-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of small cation occupancy and anomalous Griffiths phase disorder in nonstoichiometric magnetic perovskites
本文报道了非化学计量比钙钛矿锰氧化物La_(0.8-x)Sr_(0.2-y)Mn_(1+x+y)O_3的结构、磁性、磁热和Griffiths相(GP)无序。价态和结构相的测定证明,在大气合成条件下,较小的阳离子Mn 2+和Mn 3+不会占据钙钛矿的A位。相同的分析也支持钙钛矿的A位中的空位在B位中诱导类似的空位。La ~(3+)和Sr ~(2+)离子在空位A位的取代对磁相变温度(TC)的影响是相反的,这可以用电子带宽的变化来解释。在Sr取代的化合物中观察到GP的异常非线性变化。Mn 3 +-Mn 4+对(表示为二聚体)聚集成小的铁磁团簇,已被确定为发生GP的原因。二聚体形成的阈值限制解释了所观察到的GP形成的非线性行为。Sr取代的化合物由于其尖锐的磁性转变而表现出相对较大的等温熵变(在μ 0 H= 2 T时最大为3.27 J/kgK),而La取代的化合物的磁化强度的宽范围变化提高了相对冷却能力(在μ 0 H= 2 T时最大为98 J/kg)。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Atomic structure of metal-halide perovskites from first principles: The chicken-and-egg paradox of the organic-inorganic interaction
我们用相对论密度泛函理论研究了有机-无机杂化钙钛矿CH_3NH_3PbI_3及其三个近亲CH_3NH_3SnI_3、CH_3NH_3PbCl_3和CsPbI_3。长程范德华力(vdW)相互作用被纳入Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)交换相关功能使用Tkatchenko-Scheffler成对计划。我们的研究结果表明,氢键,这是很好地描述了PBE功能,这些系统的结构参数,包括有机阳离子的位置和取向,以及无机框架的变形起着决定性的作用。无机骨架变形的大小敏感地依赖于有机阳离子的取向,并直接影响杂化钙钛矿的稳定性。我们的研究结果表明,有机和无机组分相互补充:有机阳离子的低对称性是无机骨架变形的起源,这有助于混合钙钛矿结构的整体稳定。这种稳定性是间接影响vdW相互作用,这导致更小的晶胞体积比PBE,因此调制的有机阳离子和无机框架之间的相互作用。VDW引起的晶格常数修正是系统相关的,并导致PBE+VDW晶格常数与实验符合得很好。通过分析vdW的贡献,获得了进一步的见解。在所有基于碘化物的混合钙钛矿中,有机阳离子和碘阴离子之间的相互作用提供最大的晶格常数变化,其次是碘-碘和有机阳离子-重金属阳离子相互作用。这些修正遵循在我们的研究中考虑的范围内的晶格常数几乎线性的依赖关系,因此近似添加剂。
2016-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Design of Lead-Free Inorganic Halide Perovskites for Solar Cells via Cation-Transmutation
具有原型材料CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$的杂化有机-无机卤化物钙钛矿最近作为低成本和高性能的光伏吸收体引起了强烈的兴趣。尽管其太阳能电池实现了超过20%的高功率转换效率,但在大规模商业化之前需要解决两个关键问题-与其固有材料不稳定性相关的不良器件稳定性和由于水溶性Pb $^{2+}$引起的毒性。在这里,我们解决这些问题,利用阳离子嬗变的策略,设计稳定的无机无铅卤化物钙钛矿太阳能电池。该想法是将两个二价Pb $^{2+}$离子转化为一个单价M $^{+}$和一个三价M $^{3+}$离子,形成双钙钛矿结构的丰富的季卤化物类。通过第一性原理计算我们发现这类材料具有良好的抗分解相稳定性和宽范围可调的光电性能。与photophoric-functionality-directed材料筛选,我们确定了11个最佳的材料具有固有的热力学稳定性,合适的带隙,小的载流子有效质量,和低激子结合能作为有前途的候选人,以取代铅基光伏吸收剂在钙钛矿太阳能电池。还确定了此类材料的相稳定性和电子性质的化学趋势,为用它们制造的钙钛矿太阳能电池的开发提供了有用的指导。
2017-05-26 cond-mat.mtrl-sci
The pursuit of stability in halide perovskites: the monovalent cation and the key for surface and bulk self-repair
我们发现,对于每个不同的APbBr 3单晶(A= CH 3 NH3+,甲基铵(MA); HC(NH 2)2+,甲脒(FA);和铯,Cs+),在表面或本体处的降解和愈合之间存在显著差异。使用1-和2-光子显微镜和光漂白,我们得出结论,动力学占主导地位的表面,和热力学的体积稳定性。荧光寿命成像显微镜,以及从其他几种方法的结果,涉及(受损)状态的卤化物钙钛矿(HaP)光漂白后,其修改的光学和电子性能。A阳离子类型强烈影响恢复和降解的动力学和热力学:FA以更快的自我修复最好地修复了本体材料; Cs+最好地保护了表面,是A阳离子中挥发性最小的,并且可能通过O-钝化; MA通过与Pb 2+结合的甲胺光解离来钝化缺陷。DFT模拟不仅提供了洞察后一个结论,但也显示了Br 3-缺陷的重要性和稳定性。这些结果使混合A-阳离子材料用于优化太阳能电池稳定性和基于HaP的器件的整体性能的使用合理化,并为设计新的HaP变体提供了基础。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Metastable Cation-Disordered Niobium Tungsten Oxides as Li-ion Battery Anode Materials
本研究开发了新型anti-Li3N结构的全阳离子无序亚稳态铌钨氧化物,发现其作锂电负极时会转变为阳离子无序立方结构,丰富了相关材料体系与负极机理研究。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of inorganic cation mixing on hybrid halide perovskites using density functional theory for application in single and multi junction photovoltaics
本工作旨在利用第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究混合阳离子(混合甲基铵+无机阳离子)卤化物钙钛矿,以寻找其在钙钛矿基光化学中的潜在应用。这是对作者之前关于混合卤化物和无机卤化物钙钛矿的高通量筛选的两项研究的补充。这项工作涉及将一定量的无机阳离子混合到有机部位(甲基铵),并研究所得物的电子结构。63个钙钛矿在其计算的稳定相进行了模拟,并预测了它们的带隙。带隙是预测的重要参数,因为这些表明它们有可能用作光电器件。从计算的带隙,37个钙钛矿被预测为适合于单结以及多结太阳能电池应用,7个不适合于单结或多结太阳能电池,其余21个适合于多结但不适合于单结太阳能电池。该研究还显示了有趣的过渡的性质的带隙从间接到直接,反之亦然,引起约50%的无机阳离子混合。
2021-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Role of the Adsorption of Alkali Cations on Ultrathin $n$-Layers of Two-dimensional Perovskites
本研究通过DFT-D3计算,探究碱金属阳离子对二维钙钛矿超薄膜表面缺陷的钝化作用,为提升光伏材料稳定性提供理论依据。
2024-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic, electronic and magnetic properties of new oxide perovskite BaVO3: a first-principles study
采用第一性原理FLAPW-GGA方法,系统研究了新合成的3d 1钙钛矿型BaVO 3的结构、弹性、磁性、电子结构和化学键图像.所得到的结果进行了讨论,比较与现有的实验数据,以及与之前获得的同构和等电子SrVO 3钙钛矿。
2014-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization reversal in mixed ferrite-chromite perovskites with non magnetic cation on the A-site
在这项工作中,我们进行了Monte Carlo模拟RFe $_{1-x}$ Cr $_x$ O $_3$与R = Y和Lu的经典模型,比较实验和平均场计算的数值模拟。在所分析的化合物中,反对称交换或Dzyaloshinskiii-Moriya(DM)相互作用由于反铁磁有序自旋的倾斜而引起弱铁磁性。该模型能够再现实验观察到的磁场冷却过程中的中间$x$值和临界温度的依赖性与$x$的磁化反转(MR)。根据Fe $^{3+}$和Cr $^{3+}$离子间DM相互作用强度随x值的变化,分析了MR存在的条件。
2016-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic Double Perovskite Semiconductors with Tunable Properties
我们成功地掺杂磁性沉默的双钙钛矿半导体Sr 2GaSbO 6诱导铁磁性和调整其带隙,与Ga 3+部分取代的磁性三价阳离子Mn 3+,在一个刚性的阳离子序与Sb 5+。我们的新的铁磁半导体Sr 2Ga 1-xMnxSbO 6双钙钛矿,它在四重对称性(空间群I4/m)结晶,并具有可调的铁磁有序温度和带隙,表明双钙钛矿的磁性离子掺杂是一个生产性的途径,获得材料的应用在下一代氧化物为基础的自旋电子器件。
2021-09-21 cond-mat.mtrl-sci
The electronic-structure origin of cation disorder in transition-metal oxides
阳离子无序是与技术相关的过渡金属(TM)氧化物(例如耐辐射陶瓷和锂离子电池电极)的重要设计标准。在这封信中,我们使用的组合第一性原理计算,正常模式分析,和带结构的参数,以查明一个特定的电子结构的影响无序相的稳定性的影响。我们发现,TM离子的电子构型决定了在何种程度上的结构能量是受现场扭曲。这一机制解释了具有大离子半径差异的无序相的稳定性,并为发现新的无序组合物提供了具体的指导。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Determining the energetics of vicinal perovskite oxide surfaces
利用形貌原子力显微镜成像技术研究了典型钙钛矿邻位表面SrTiO $_3$(001)和DyScO $_3$(110)的能量学。扭结的形成和应变弛豫能提取的统计分析的步骤曲折。这两种钙钛矿表面具有非常相似的扭结形成能,并表现出类似的三角形台阶起伏。我们的实验表明,钙钛矿氧化物表面的能量主要是由本地氧配位。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing Intrinsic Stability of Hybrid Perovskite Solar Cell by Strong, yet Balanced, Electronic Coupling
在过去的几年里,混合有机-无机钙钛矿太阳能电池(PSC)的飞速发展震惊了社会。效率已经达到商业化所需的水平;然而,不稳定性阻碍了其在市场上的部署。在这里,我们报告了化学稳定PSC吸收剂的机制。我们建议用替代的分子阳离子取代广泛使用的甲基铵阳离子(\ce{CH3NH3+}),从而允许阳离子和\ce{PbI6}八面体之间增强的电子耦合,同时将带隙能量保持在适合太阳能电池的范围内。该机制利用在材料组分的电负性和所产生的离子静电相互作用之间建立平衡。计算证明了增强电子耦合的概念,并因此的稳定性,通过探索稳定功能的\ce{CH3PH3+},\ce{CH3SH2+},和\ce{SH3+}阳离子,在其他几个可能的候选人。因此,化学稳定性的增强是由于八面体中阳离子和卤化物之间强而平衡的电子耦合。这将解决PSC的不稳定性问题,并使其成为硅基太阳能电池技术的低成本竞争对手。
2016-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Weak Host Interactions Induced Thermal Transport Properties of Metal Halide Perovskites Deviating from the Rattling Model
针对金属卤化物钙钛矿反常热输运现象,本文提出新弹簧模型,证明八面体结构间的弱相互作用导致其热输运偏离 rattling 模型,为设计极低热导率材料提供新见解。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Combinatorial screening of crystal structure in Ba-Sr-Mn-Ce perovskite oxides with ABO3 stoichiometry
具有钙钛矿相关结构的ABO 3氧化物由于其有前途的物理和化学性质而引起了人们的极大兴趣,这些性质适用于许多需要可调化学的应用,包括燃料电池、催化和电化学水裂解。在这里,我们报告的晶体结构的整个家庭的钙钛矿氧化物与ABO 3化学计量,其中A和B是Ba,Sr,Mn,Ce。考虑到这种化学复杂材料系统的巨大尺寸,通过组合脉冲激光沉积和组合物和结构的空间分辨表征来进行关于其组成元素和退火温度的稳定钙钛矿相关结构的探索。作为这个高通量的实验研究的结果,我们确定六方钙钛矿相关的多型转化作为组合物的函数在Ba 1-xSrxMnO 3氧化物在不同温度下退火后。此外,六方钙钛矿相关的多型体中观察到的BaCexMn 1-xO 3氧化物在一个狭窄的组成温度范围内。相比之下,四方畸变的钙钛矿观察到在较宽范围的组成和退火温度的Sr 1-xCexMnO 3氧化物。这种结构的稳定性进一步增强沿BaCexMn 1-xO 3-Sr 1-xCexMnO 3伪二元系在x=0.25通过增加Ba掺入和退火温度。这些结果表明,BaCexMn 1-xO 3-Sr 1-xCexMnO 3赝二元氧化物合金(固溶体)具有四方钙钛矿结构和宽的组成-温度范围的稳定性是有希望的候选人热化学水裂解应用。
2021-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Ambiguity in B-Site cation ordering: A Case study of the double perovskite Ca$_2$CoNbO$_6$
Skolkovo Institute of Science and Technology(斯科尔科沃科学技术研究所);Zavoisky Physical-Technical Institute, Federal Research Center “Kazan Scientific Center of RAS”(扎沃伊斯基物理技术研究所,俄罗斯科学院鞑靼斯坦科学中心联邦研究中心);Kazan (Volga Region) Federal University(喀山(伏尔加沿岸)联邦大学);Institute of Solid State Chemistry of the Russian Academy of Sciences (UB)(俄罗斯科学院固体化学研究所(乌拉伯分支))
通过实验与理论结合的方法研究Ca$_2$CoNbO$_6$中Co/Nb分布及其对磁性和输运性质的影响,发现Co为高自旋Co$^{3+}$态,存在短程有序和部分无序,电输运遵循小极化子跳跃机制。
2026-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Steric engineering of point defects in lead halide perovskites
本研究通过第一性原理模拟分析混合A位阳离子钙钛矿MA$_{1-x}$Cs$_x$PbI$_3$,发现阳离子混合使碘间隙空穴捕获速率提升八个数量级,并提出利用空间位阻效应控制载流子捕获速率的新机制,为开发具有目标缺陷性能的晶体材料提供通用方法。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Substrate coherency-driven octahedral rotations in perovskite oxide films
我们进行第一性原理密度泛函计算,探讨在钙钛矿氧化物超晶格的八面体旋转模式的基板邻近效应的作用。立方钙钛矿SrFeO $_3$作为我们的模型膜和四相SrTiO $_3$作为衬底,我们表明,在大多数情况下,衬底八面体旋转图案传播到薄膜的异质界面。我们还确定了弹性边界条件,强制结构的连贯性诱导原子位移模式,没有发现在散装相图中的任何一个单独的成分。我们认为,这种衬底相干性诱导的八面体织构的薄膜氧化物是一种很有前途的方法,用于调整功能氧化物薄膜的电子结构。
2010-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics and thermodynamics of the degree of order of the B cations in double-perovskite Sr2FeMoO6
在这里,我们表明,在双钙钛矿型磁阻,Sr 2FeMoO 6,B-位阳离子(Fe/Mo)的顺序是由动力学或热平衡取决于温度范围内控制。为了增强有序性,因此需要在中等温度下的长合成期。就业的一个特殊的吸氧剂控制的低O2压力封装技术的样品合成,使我们能够使用长时间的加热没有明显的蒸发钼,从而达到热平衡状态和高度的B位阳离子秩序。在1150 ℃长时间(> 36小时)烧成的样品,获得了3.7 ~ 3.9 μ B的最高Ms值。
2003-09-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Efficient and Stable PbS Quantum Dot Solar Cells by Triple-Cation Perovskite Passivation
溶液处理的量子点(QD)具有制造低成本、柔性和大规模太阳能收集装置的高潜力。最近已经证明,当与标准配体钝化相比时,采用单一单价阳离子钙钛矿溶液用于PbS QD表面钝化的混合装置表现出增强的光伏性能。本文中,我们证明了使用三重阳离子Cs0.05(MA0.17FA0.83)0.95Pb(I0.9Br0.1)3钙钛矿组合物用于量子点的表面钝化产生高效太阳能电池,其在1200小时货架储存后保持其初始性能的96%。我们确认周围的PbS纳米晶体的钙钛矿壳形成的光谱技术以及高分辨率透射电子显微镜。我们发现,三重阳离子壳层的结果在一个有利的充满活力的对齐点的核心,导致减少重组由于电荷限制,而不限制在活性层中的传输。因此,通过单步膜沉积制造的光伏器件达到了11.3%的最大AM1.5G功率转换效率,超过了大多数先前报道的采用钙钛矿钝化的PbS太阳能电池。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exploring the structural , electronic and magnetic properties of cation ordered 3d-5d double perovskite Bi$_2$FeReO$_6$ and Bi$_2$FeIrO$_6$ thin-films from first-principles
我们报道了Bi基3 $d$-5 $d$有序双钙钛矿氧化物(A $_2$ BB $^\prime$ O $_6$)的第一性原理研究,其中3 $d$原子(Fe)在B位,5 $d$原子(Re,Ir)在B $^\prime$位,同时保持高度可极化离子(Bi $^{3+}$)在A位。我们发现,在共格异质外延下,Bi $_2$ FeReO $_6$ }表现出应变驱动的反铁磁绝缘体到亚铁磁半金属的转变,而Bi $_2$ FeIrO $_6$表现出关联驱动的铁磁绝缘体到亚铁磁半金属的转变,计算的磁矩为5 $μ_B$ /f. u.和3 $μ_B$ /f.u.,分别这些性质以及绝缘相中的低带隙使得化合物对自旋电子学应用有吸引力。此外,在Bi $_2$ FeIrO $_6$中,导电和价态位于不同的过渡金属亚晶格上,这意味着在光激发时更有效的电子-空穴分离,这是光伏应用的期望特征。
2019-06-28 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
Cationic Ordering and Microstructural Effects in the Ferromagnetic Perovskite La0.5Ba0.5CoO3: Impact upon Magnetotransport Properties
化学计量的钙钛矿型La0.5Ba0.5CoO3的合成和结构研究允许三种形式被隔离。除了无序的La_(0.5)Ba_(0.5)CoO_3和完全有序的层状LaBaCo_2 O_6外,还得到了第三种纳米级有序的LaBaCo_2 O_6。正如透射电子显微镜调查所证明的那样,后者由112型90度取向的领域在纳米尺度上相互配合,从而诱导大的应变和局部原子尺度的晶格畸变。这三种铁磁钙钛矿表现出几乎相同的Tc(174-179 K),但与其他相不同,纳米级有序的LaBaCo 2 O 6是硬铁磁体,Hc = 4.2 kOe,这是由于可以钉扎畴壁的应变,防止自旋在磁场中反转。这些相的磁输运性质表明,它们都表现出最大的本征磁电阻,在70 kOe下在Tc附近接近6- 7%,但由于晶界效应,有序相在低温下表现出高得多的隧道磁电阻效应,约为15%对4%。
2008-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Growth Engineering of SrNbO3 Perovskite Oxide by Pulsed Laser Deposition and Molecular Beam Epitaxy
本文通过电子束辅助氧化物MBE结合PLD制备的SrTiO3缓冲层成功生长SrNbO3外延薄膜,解决了钙钛矿氧化物MBE生长中价态失配和K取代导致的界面问题。
2024-10-01 cond-mat.mtrl-sci
A high-mobility two-dimensional electron gas at the heteroepitaxial spinel/perovskite complex oxide interface of γ-Al2O3/SrTiO3
在两种绝缘钙钛矿型氧化物(如LaAlO 3和SrTiO 3)之间的异质界面处发现二维电子气(2DEG)为新一代全氧化物电子和光子器件提供了机会。然而,界面电子迁移率的显着改善超过约1,000 cm 2 V-1 s-1(在低温下)的电流值,仍然是一个关键的挑战,基础以及应用研究的复合氧化物。在这里,我们提出了一种新的类型的二维电子气之间的异质界面SrTiO 3和尖晶石γ-Al 2 O 3外延膜具有良好的质量和兼容的氧离子亚晶格。该尖晶石/钙钛矿氧化物异质界面具有比钙钛矿/钙钛矿氧化物界面高一个数量级以上的电子迁移率,并表现出明确的二维导电特性,如通过观察量子磁阻振荡所揭示的。此外,我们发现,尖晶石/钙钛矿2DEG的结果从界面稳定的氧空位,并被限制在一个层内的0.9 nm的异质界面附近。我们的研究结果为复杂氧化物介观物理的研究和高迁移率全氧化物电子器件的设计铺平了道路。
2013-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Averaging of the electron effective mass in multicomponent transparent conducting oxides
我们发现由具有$s^2$电子构型的阳离子的各种氧化物组成的层状材料,$XY_2$ O $_4$,$X$ =In或Sc,$Y$ =Ga,Zn,Al,Cd和/或Mg,表现出各向同性的电子有效质量,其可以通过对相应的单阳离子氧化物组分的电子有效质量进行平均来获得。这种效应是由于由{ \it all}阳离子的s态和氧p态形成的导带的混合性质。此外,所观察到的不敏感性的电子有效质量的氧配位和扭曲的阳离子-氧链表明,类似的行为可以预期在技术上重要的非晶态。这些发现大大拓宽了作为高效透明导体主体的材料范围。
2007-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Topological phonons in oxide perovskites controlled by light
过氧化氢氧化物表现出丰富多样的结构相,具有产生多种技术应用的不同物理现象。我们发现,拓扑声子,即,节环、节线和Weyl点在氧化物钙钛矿的结构(四方晶系、斜方晶系和菱形)、化合物(BaTiO 3、PbTiO 3和SrTiO 3)和外部条件(光激发、应变和温度)方面是普遍存在的。特别是,在这些化合物的四元相,所有类型的拓扑声子可以同时出现时,稳定的光激发,而稳定的四元相的热波动只托管一组更有限的拓扑声子状态。此外,我们发现,光激发载流子浓度可以用来调整拓扑声子态,诱导拓扑跃迁,即使没有相关的结构相变。总的来说,我们提出氧化物钙钛矿作为一个多功能的平台,在其中研究拓扑声子和他们的操纵与光。
2020-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Azetidinium as Cation in Lead Mixed Halide Perovskite Nanocrystals of Optoelectronic Quality
先前的理论计算表明,氮杂环丁烷鎓具有正确的径向尺寸以与卤化铅形成3D钙钛矿[1],并且已被证明作为ABX 3单元的A位阳离子赋予铁电钙钛矿有益的性质[2]。然而,迄今为止,对其作为卤化铅钙钛矿中的阳离子的用途的研究非常有限。在这篇通讯中,我们报告了氮杂环丁烷基铅混合卤化物钙钛矿胶体纳米晶体的合成和表征。混合卤化物体系是碘和氯,不像文献中其他报道的纳米晶体,其中卤化物体系是碘/溴或溴/氯。紫外-可见吸收数据,补充与光致发光光谱,揭示了一个间接的带隙约1.96 eV的纳米晶体。使用TEM的结构表征示出了两个不同的原子间距离(2.98 +/-0.15埃和3.43 +/-0.16埃)和纳米晶体固有的非正交晶格角(约112度),其具有通过XRD揭示的可能的三斜晶系结构。通过EDS光谱法证实了纳米晶体内氯和碘的存在。最后,光诱导电子顺磁共振(LEPR)光谱与PCBM证实了光致电荷转移能力的纳米晶体。使用氮杂环丁烷鎓作为阳离子形成这种半导体铅混合卤化物钙钛矿表明了具有光电应用(例如太阳能电池和光电探测器)潜力的混合钙钛矿的有前景的子类。
2019-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of pressure on the order-disorder phase transitions of $B$-cations in $AB'_{1/2}B''_{1/2}$O$_3$ perovskites
类钙钛矿氧化物$AB'_{1/2}B''_{1/2}$ O $_3$可经历不同的$B$ -阳离子有序度,其可通过合适的合成条件或合成后处理而变化。在这项工作中,较早提出的统计模型的有序-无序相变的$B$ -阳离子扩展到占压力的影响。根据组成,压力被发现要么增加或减少的有序-无序相变温度。在实验室可达到的压力下,相变温度随压力的变化在许多情况下可达几百K,这可能会显著改变原子的有序度。这项工作旨在帮助确定压力如何影响原子有序度,并刺激研究压力对钙钛矿中原子有序-无序相变的影响。
2019-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
LaSrVMoO$_6$: A case study for $A$-site covalency-driven local cationic order in double perovskites
LaSrVMoO $_6$中的一种不寻常的原子尺度化学涨落,在La,V和Sr,Mo富相的窄补丁方面,已详细探讨,以了解这样的化学状态的起源。平衡合成参数的详尽调整表明,相分离的程度永远不会被熔化到低于单位晶胞尺寸,使得不可能实现常规的$B$ -位点有序结构,这确立了所观察到的具有几埃的最小尺寸的“不均匀”片状结构在LaSrVMoo $_6$中是现实的。因此,另一种类型的局部化学顺序,迄今为止未知的双钙钛矿,在这里得到介绍。X射线衍射,电子显微镜元素图谱,磁性,和各种光谱的研究已经进行了样品,在不同的条件下合成。这些实验结果与{ \it ab-initio}电子结构计算相结合表明,LaVO $_3$中典型的La-O共价性所获得的能量稳定性导致了La、V和Sr、Mo离子的优先接近,并导致了片状结构。
2012-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Untangling individual cation roles in rock salt high-entropy oxides
本研究通过依次去除五元岩盐型高熵氧化物中的单种阳离子,结合实验、热力学分析与第一性原理计算,厘清各阳离子对相稳定性及性能的不同作用,建立了单阳离子层面的高熵氧化物可合成性与性能理解框架。
2024-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Conservation of dielectric constant upon amorphization in perovskite oxides
我们报告的计算表明,无定形RAO $_3$氧化物,与R和A三价阳离子,具有大致相同的静态介电常数作为其钙钛矿晶相。这种效应是由于在低频下非极性晶体模式的无序激活极性响应,其补偿了离子动力学电荷的适度但明显的减少。通过密度泛函微扰理论研究了介电响应。通过分子动力学熔融-淬火模拟生成非晶样品。
2008-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Noble-Metal-Assisted Fast Interfacial Oxygen Migration with Topotactic Phase Transition in Perovskite Oxides
过渡金属钙钛矿氧化物是一系列用于电子学、催化和能量转换过程的功能材料体系,其中氧的迁移和析出起着关键作用。然而,稳定的金属-氧(M-O)键形成抑制离子扩散的大的能垒。因此,寻求有效和简便的方法来加速氧动力学已成为一个重要的问题。在这里,贵金属(Pt,Ag)和钙钛矿氧化物(SrCoO 3-δ)之间的相互作用(界面电荷转移和合作键合)被用来削弱(M-O)键,降低氧迁移的能垒。作为氧泵的贵金属层可以从氧化物膜中连续地提取氧到大气中。从钙钛矿(SrCoO_3)到钙钛矿(SrCoO_(2.5))的拓扑相变温度从200 K显著降低到室温。此外,这种方法也可以适用于SrFeO 3的类似topotactic相还原适度的热激活。这一发现为实现钙钛矿氧化物中氧的快速迁移提供了一条有希望的通用途径,在低温电极和高活性催化界面方面具有重要的应用前景。
2021-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the formation and stability of oxide perovskites by extracting underlying mechanisms using machine learning
钙钛矿氧化物的性能优化由于其不同的应用领域而引起了人们的兴趣。在这项工作中,层次聚类技术被用来减少从文献中选择的功能,据报道,有影响钙钛矿的形成和稳定性之间的多重共线性。在文献和在线存储库中可用的双氧化物钙钛矿组合物的巨大组成空间上操作,在本手稿中,尝试提取组合物和结构之间的关系,以预测其可成形性和稳定性。机器学习(ML)分类器在这些数据集上进行训练,以预测新型稳定的钙钛矿组合物。该研究使用了巨大的特征空间来缩小影响钙钛矿化合物可成形性和稳定性的最重要因素。它还确定了具有适用于光伏和光催化应用的带隙的稳定组合物。开发的随机森林(RF)为基础的模型可以扩展到包括光敏应用程序以外的影响,通过专注于物理化学机制驱动的现象背后的每个应用程序。
2022-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Highly confined phonon polaritons in monolayers of oxide perovskites
二维(2D)材料能够强限制与原子的集体激发杂交的光,从而实现电场增强和新颖的光谱应用。最近,已经合成了氧化物钙钛矿的独立单分子膜,其具有高度红外活性的声子模式和竞争相互作用的复杂相互作用。在这项研究中,我们评估的声子极化激元的中心品质因数的四方相的二维钙钛矿SrTiO $_3$,KTaO $_3$,和铌酸锂$_3$,使用密度泛函理论计算。具体来说,我们计算的二维声子极化激元色散,传播质量,限制,和减速因素,我们表明,它们是在原型的二维介电六方氮化硼中发现的。我们的研究结果表明,氧化物钙钛矿的单层是在太赫兹光谱范围内,使possibilites通过强烈增强的电磁场来控制复杂的物质相的极化子平台的有前途的候选人。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Vibrational Control of Hybrid Perovskite Devices Reveals the Influence of the Organic Cation on Electronic Dynamics
本研究利用振动促进电子共振光谱技术,通过甲脒阳离子的分子内振动实现了FAPbBr3钙钛矿太阳能电池的超快振动控制,揭示了阳离子与无机亚晶格间的氢键耦合机制,该机制可抑制非辐射复合并降低光伏电压损失。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The role of nonmagnetic d0 vs. d10 B-type cations on the magnetic exchange interactions in osmium double perovskites
采用固相反应法合成了双钙钛矿结构的Ba_2BO_3O_6(B = Sc,Y,In)多晶样品。它们采用立方双钙钛矿结构(空间群,Fm-3 m),具有有序的B和Os排列。Ba_2BO_3O_6(B = Sc,Y,In)分别在93 K、69 K和28 K出现反铁磁转变。Ba 2ScOsO 6的Weiss温度为-590 K,Ba 2 YOsO 6的Weiss温度为-571 K,Ba 2 InOsO 6的Weiss温度为-155 K。Sc ~(3+)和Y ~(3+)具有开壳层d 0电子构型,而In ~(3+)具有闭壳层d10电子构型。这表明与d10相比,d 0 B型阳离子诱导更强的整体磁交换相互作用。Ba_2BO_5O_6(B = Sc,Y,In)与Sr和Ca类似物的比较表明,结构畸变减弱了整体的磁交换作用。
2017-12-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The polarizability model for ferroelectricity in perovskite oxides
本文综述了极化率模型及其在铁电钙钛矿氧化物中的应用。引入该模型的动机进行了讨论和非线性氧离子极化率的影响和他们的晶格动力学实现概述。虽然这项工作的很大一部分是专门的自洽声子近似(SPA)内获得的结果,也非线性解决方案的模型进行处理,这是感兴趣的物理弛豫铁电体,畴壁运动,无公度相变。主要的重点是比较模型的结果与实验数据和预测新的现象。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Comment on ``Conduction states in oxide perovskites: Three manifestations of Ti$^{3 +}$ Jahn-Teller polarons in barium titanate''
在这篇评论中,[S。伦耶尔岛F. Schirmer,H. Hesse和Th. W. Kool,Phys. Rev. B { \bf 66},165106(2002)]讨论了钙钛矿中氧空位的电子结构。第一原理计算支持这些空位中的深能级,而Lenjer等人认为电子的相互作用能是负的,但电导率的数据则相反。
2003-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic and stability properties of quasi-2D alkylammonium based perovskites
采用密度泛函理论(DFT)计算研究了准二维烷基铵钙钛矿的电子和稳定性,并在选定的化合物上进行了实验验证。我们的分析集中于式(A)$_2$(A $'$)$_{n-1}$ Pb $_n$ X $_{3n+1}$的钙钛矿结构,其中大阳离子A =丁基-、戊基-、己基铵(BA、PA、HXA),小阳离子A $'$ =甲基铵、甲脒、乙基铵、胍(MA、FA、EA、GA),卤素X = I、Br、Cl。卤素离子的作用概述的能带结构,稳定性和缺陷形成能量。两个相反的趋势被发现的吸收效率与稳定性,后者进行评估方面可能的降解机制。对基于戊基铵阳离子的准2D钙钛矿进行实验验证,即:(PA)$_2$ PbX $_4$和(PA)$_2$(MA)Pb $_2$ X $_7$,其通过抗溶剂辅助的气相结晶合成。结构和光学分析与基于DFT的计算一致。此外,热重分析表明溴和氯基化合物的稳定性增强,与理论预测一致。
2022-10-10 cond-mat.mtrl-sci