Hollow carbon sphere/metal oxide nanocomposite anodes for lithium-ion batteries
成功制备了包覆有金属氧化物纳米颗粒(SnO 2和MnO 2)的空心碳球(HCS),并对其作为锂离子电池负极材料的潜力进行了研究。拉曼光谱显示出高程度的石墨化的HCS主机结构。通过Brunauer-Emmett-Teller分析证实了纳米复合材料的介孔性质。对于所研究的两种金属氧化物,HCS的金属氧化物官能化产生电化学性能的显著增加。HCS/SnO 2的充电容量在45次循环后为370 mAh/g(在HCS/MnO 2中为266 mAh/g),这明显超过原始HCS中的188 mAh/g的值。值得注意的是,数据表明在两种情况下在100次循环后具有优异的长期循环稳定性。因此,结果表明,介孔HCS/金属氧化物纳米复合材料能够通过提供既导电又足够稳定以适应大的体积变化效应的HCS主体结构来开发锂离子电池中金属氧化物阳极材料的潜力。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
White Lines and 3d-Occupancy for the 3d Transition-Metal Oxides
采用电子能量损失谱法测量了3d过渡金属氧化物和锂过渡金属氧化物的L23吸收边的白线。发现白线比率(L3/L2)在d^0和d^5之间增加,在d^5和d^10之间减少,与过渡金属及其氧化物的先前结果一致。对于3d过渡金属氧化物和锂过渡金属氧化物,归一化到后边缘背景的白线的强度是线性的。建立了归一化白线强度和3d占有率之间的经验相关性。它提供了一种测量3d态占有率变化的方法。作为一个例子,该经验关系被用来测量在0 < x < 0.64的范围内Li_{1-x} Ni_{0.8} Co_{0.2} O_2的过渡金属价态的变化。在这些实验中,镍离子的3d占有率在锂脱嵌时降低,而钴价态保持恒定。
2004-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Trends in Metal Oxide Stability for Nanorods, Nanotubes, and Surfaces
纳米结构的形成能在决定其性质,包括催化活性方面起着重要作用。对于15种不同的金红石和8种不同的钙钛矿金属氧化物的情况下,我们发现,密度泛函理论(DFT)计算的(2,2)纳米棒,(3,3)纳米管,(110)和(100)表面的形成能可以半定量地描述的金属-氧键断裂的分数和键带中心的块状金属氧化物。
2010-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Doped-MoSe2 nanoflakes/3d metal oxide-hydr(oxy)oxides hybrid catalysts for pH-universal electrochemical hydrogen evolution reaction
通过高效且具有成本效益的电化学水裂解生产清洁氢气非常有希望满足未来全球能源需求。具有高析氢反应(HER)活性和在酸性和碱性环境中的电化学稳定性的地球丰富材料的设计总结了实际应用所需的结果。在这里,我们报告了用于产生MoSe 2纳米片/3d金属氧化物-氢(氧)氧化物混合HER-催化剂的液相剥离的单层/少层薄片的非贵3d金属Cl-化学掺杂。我们建议,电子转移从MoSe2纳米片的金属阳离子和氯络合诱导的中和,以及原位形成的金属氧化物-氢(氧)氧化物MoSe2纳米片的表面上,定制衍生催化剂的质子亲和力,增加其活性位点的数量和HER-动力学在酸性和碱性电解质。掺杂的-MoSe 2纳米片/金属氧化物-氢(氧)氧化物杂化物与单壁碳纳米管异质结构之间的电化学耦合进一步加速了HER过程。最后,多个异质结构的单片堆叠被报道为一种简易的电极组装策略,以实现在0.5M H2SO4和1M KOH中分别为0.081V和0.064V的阴极电流密度为10mAcm-2的过电位。这为解决pH通用H2生产中的电流密度与超电势要求提供了新的机会。
2019-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Pinned Low Energy Electronic Excitation in Metal Exchanged Vanadium Oxide Nanoscrolls
我们测量了混合价钒氧化物纳米卷及其金属交换衍生物的光学性质,以研究这些化合物中的电荷动力学。与刚性能带模型中金属交换衍生物的金属态预测相反,我们发现Mn $^{2+}$交换钒氧化物纳米卷中的注入电荷被钉扎。与钉扎载流子相关的低能电子激发出现在远红外中,并在低温下持续存在,这表明纳米卷是散装形式的弱金属,主要由非均匀电荷极化和马德隆能量效应。
2007-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Facile synthetic route to transition metal oxyfluorides via reactions between metal oxides and PTFE
无机氟氧化物在能源生产和储存,光子学,催化等新功能的开发中具有重要意义。为了探索一种简单的制备路线,避免使用有毒的HF或F2气体作为反应试剂,我们采用了聚四氟乙烯(PTFE)。在密封石英安瓿中,以PTFE和过渡金属氧化物为原料,合成了Nb_5O_(12)F、Nb_3O_(7)F、Ta_3O_(7)F、TaO_(2)F和Mo_4O_(11.2)F_(0.8)五种氟氧化物。通过气体分析研究了反应机理,发现SiF4是反应的主要产物气体。讨论了PTFE与过渡金属氧化物之间可能的反应机理。
2018-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Andreev Reflection Spectroscopy in Transition Metal Oxides
在这里,我们回顾了文献中关于测量的Andreev反射之间的超导体(S)和铁磁体(F),特别注意的情况下,铁磁体是一种过渡金属氧化物。我们讨论了利用目前的模型确定的运输电流自旋极化的实用性和检查Andreev束缚态的证据。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Oxide formation at the surface of late 4d transition metals: Insights from first-principles atomistic thermodynamics
使用密度泛函理论,我们评估了后期4d过渡金属的本体和表面氧化物在由O2和CO形成的气相的“约束平衡”中的稳定性。虽然最稳定的本体氧化物的稳定性范围对于钌来说延伸到代表技术CO氧化催化的气相条件中,对于周期表中右侧的4d金属来说,这种情况逐渐减少。然而,表面氧化物在这种条件下仍然是稳定的。这些热力学的考虑进行了讨论,在最近的实验中,强调的作用(表面)氧化物作为活性相的模型催化剂从这些金属形成。
2003-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Chemical interaction, space-charge layer and molecule charging energy for metal oxide / organic interfaces
三种驱动力控制过渡金属氧化物和有机材料之间的能级排列:两种材料之间的化学相互作用、有机电负性和氧化物中可能形成的空间电荷层。这是说明在这封信中通过分析实验和理论上的一个范例的情况下,TiO 2(110)/ TCNQ界面:由于两种材料之间的化学相互作用,有机电子亲合能级位于费米能级以下的n-掺杂TiO 2。然后,一个电子从氧化物转移到这一水平,并在氧化物中产生空间电荷层,从而引起界面偶极子和氧化物功函数的重要增加。
2015-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Influence of polarizability on metal oxide properties studied by molecular dynamics simulations
研究了氧离子极化率对金属氧化物分子动力学模拟性能的影响。我们目前的研究的液体和晶体结构的二氧化硅(SiO2),氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)。对于三种氧化物中的每一种,使用两组单独优化的力场:(i)氧化物和金属离子之间的长程库仑相互作用与短程对势相结合。(ii)通过向氧离子添加极化性来扩展力场(i)。我们表明,虽然(i)型的有效电位没有极化氧离子可以合理地描述径向分布和晶格常数,(ii)型的电位需要获得正确的值键角和状态方程。极化率对金属氧化物性质的重要性随着温度的升高而降低。
2012-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Carbon mono and dioxide hydrogenation over pure and metal oxide decorated graphene oxide substrates: insight from DFT
基于第一性原理密度泛函理论计算,我们探索了氧化石墨烯表面上一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷的能量学。类似于最近发现的各种有机物质在该催化剂上的水合,从氧化石墨烯的羟基转移氢原子提供了碳氧化物的逐步转化氢化。在室温下模拟的反应的估计产率为约0.01%的一氧化碳和二氧化碳。为了模拟氧化石墨烯/金属氧化物复合材料,计算了MO_2(M = V,Cr,Mn,Fe)存在下的氧化石墨烯/金属氧化物复合材料。这些计算的结果表明,显着降低的能量成本和反应产率增加到0.07%,这是相当的效率,这些反应在铂和铼基光催化剂。将温度增加到100 ℃的值应提供一氧化碳和二氧化碳的总转化率。
2013-04-30 cond-mat.mtrl-sci
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
Insulator to semi-metal transition in graphene oxide
描述了渐进还原的氧化石墨烯(GO)的输运性质。电子性质的演变表明,合成的GO经历绝缘体-半导体-半金属的转变与还原。表观输运能隙范围为10 ~ 50 meV,随着能量的减小,能隙趋于零.在不同程度的减少的测量表明,减少GO的运输发生通过可变范围的跳跃和进一步减少导致可用的跳频站点的数量增加。
2009-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Field-induced water electrolysis switches an oxide semiconductor from an insulator to a metal
在这里,我们证明了水渗透的纳米多孔玻璃电开关的氧化物半导体从绝缘体到金属。我们制作的场效应晶体管结构的氧化物半导体,SrTiO 3,使用100%的水渗透的纳米多孔玻璃-非晶12 CaO * 7Al 2 O3-作为栅极绝缘体。对于正栅压,室温下SrTiO 3表面会相继发生电子积累、水电解和电化学还原,从而形成电子浓度极高(10^15-10^16 cm^-2)的薄金属层(约3 nm),表现出奇异的热电行为。
2010-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Concentration of Vacancies at Metal Oxide Surfaces: Case Study of MgO (100)
以MgO(100)为例,研究了掺杂对金属氧化物表面氧空位形成能和浓度的影响。我们的方法采用密度泛函理论,其中的交换相关功能的性能进行了仔细的分析,并根据DFT电离能的基本条件选择的功能。CCSD(T)计算嵌入式集群进一步验证了该方法的有效性。我们表明,在掺杂氧化物表面的氧空位的浓度在很大程度上是由一个宏观上扩展的空间电荷区域的形成。
2013-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Metallic Oxides and the Overlooked Role of Bandwidth
该研究针对金属氧化物的金属性起源问题,通过电子结构计算指出费米能级附近的带宽是被忽视的关键因素,明确导带宽度小于1 eV时金属性概率极低,且含氧阴离子化合物常压下难具金属性,结论可推广至多类材料。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Chemical control of orbital polarization in artificially structured transition-metal oxides: La2NiXO6 (X=B, Al, Ga, In) from first principles
现代逐层生长技术在过渡金属氧化物材料中的应用提高了创造具有合理设计的相关电子性质的新材料类别的可能性。实现这一目标的重要一步是证明电子结构可以由原子组成控制。在部分占据过渡金属d壳层的化合物中,电子结构的一个重要方面是不同d轨道的相对占据率。以前的工作已经确定,应变和量子限制可以用来影响轨道占有率。在本文中,我们展示了一种不同的模式,在过渡金属氧化物异质结构的轨道控制,使用密度泛函带计算补充紧束缚分析表明,选择的非过渡金属counter-X在过渡金属氧化物异质结构组成的交替LaNiO 3和LaXO 3单位强烈影响轨道占有率,改变的幅度和在某些情况下的轨道极化的符号。
2010-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic insulatronics: spintronics in insulating 3d metal oxides with antiferromagnetic coupling
反铁磁过渡金属氧化物是在基于自旋的电子学的背景下建立并广泛研究的材料系统,通常用作基于交换偏置的存储器件中的无源元件。目前,由于最近对长距离自旋输运、电流诱导开关和太赫兹发射的观察,主要的兴趣已经恢复。因此,绝缘过渡金属氧化物现在被认为是新型自旋电子器件中活性元素的有吸引力的候选者。在这里,我们讨论了一些最有前途的材料系统,并强调了最近在读取和写入反铁磁有序的进展。本文旨在对反铁磁绝缘电子学领域的研究现状和未来发展方向进行综述。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional atomic interface between metal and oxide in Zr-ZrO2 nanoparticles
本研究利用原子分辨率电子断层扫描解析Zr-ZrO2纳米颗粒的三维金属-氧化物界面,揭示其共格性与平移对称性破缺及Zr空位、纳米孔分布。
2024-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Bonding relay for room-temperature oxide plasticity like metals
本研究打破氧化物本质脆性的传统认知,发现沿特定滑移方向的电荷交替原子层可通过键合中继机制实现SrTiO3、MgO等氧化物的室温塑性,为设计韧性氧化物材料提供了新的结构设计原则。
2025-05-21 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of field-like spin-orbit torques in heavy metal-ferromagnet-oxide thin film heterostructures
我们测量了不同重金属(HM)/普通金属(NM)间隔层/铁磁体(FM)/氧化物(MgO和HfOx/MgO)异质结构中电流诱导的自旋轨道矩,特别是类场(FL)分量的厚度和温度(T)依赖性。这些样品中的FL扭矩源自由HM中的自旋霍尔效应(SHE)产生的自旋电流。对于足够薄的FM层,该自旋电流的大部分可以到达FM/氧化物界面,T相关的自旋散射可以产生强FL扭矩,在某些情况下,与NM/FM界面处施加的扭矩符号相反。
2016-08-16 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
Modelling the onset of oxide formation on metal surfaces from first principles
在金属表面上形成氧化物层是一个非热激活过程,在非常低的温度下在纳秒内自发发生。本文报道了裸金属表面,特别是Al(111)和TiN(001)的初始氧化的机理细节,通过密度泛函理论内的第一性原理分子动力学模拟获得。它示出,裸露的金属表面与O2分子的反应发生根据“热原子”的解离机制,这是触发由填充的σ星反键分子轨道,其特征在于由突然释放大量的动能。这种释放的能量提供了一个驱动力的金属/氧的位置交换过程,这是负责在几乎0 K和氧覆盖率远低于1单层(ML)的氧化物形成的开始。对氧化反应的进一步模拟表明,在Al(111)上形成了无序的TiO 2氧化物,而在TiN(001)上形成了有序的结构,在氧化物层下面的TiN晶格中留下了Ti空位簇。
2008-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Resistive switching effects on the spatial distribution of phases in metal-complex oxide interfaces
为了确定控制金属-复合氧化物界面阻变机制的关键参数,我们研究了金属/YBa_2Cu_3O_(7-d)(YBCO)界面的电学性质,采用溅射法在YBCO陶瓷样品表面沉积具有不同氧化能和功函数的金属(Au,Pt,Ag)。通过分析接触界面的IV特性和它们的电阻的温度依赖性,我们推断离子迁移可能产生或取消导电丝,其修改界面附近的电阻,根据最近的模型的预测。
2012-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of the equilibrium composition of metallic and oxide melts during their interaction
在高温焊接和冶金过程中,金属和氧化物熔体之间的相互作用有时可以达到热力学平衡。平衡相组成的计算也是建立实际过程的端到端物理和化学模型的阶段之一(以及动力学分析)。发展高温过程的热力学模型在许多科学来源中有描述(1-18)。在建立实际焊接、堆焊和冶金过程的现象学模型时,也要考虑金属-炉渣熔体界面上氧化还原反应的热力学模式(19-30)。本文讨论了一个特定反应的平衡相组成的计算。本文提出的方法还考虑了在金属-氧化物熔体界面中形成平衡相组成的任何数量的化学反应之间的相互作用
2018-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Nanometer and sub-nanometer thin oxide films at surfaces of late transition metals
如果金属表面暴露在足够富氧的环境中,氧化物就会开始形成。在这个过程中的重要步骤是氧在表面的解离吸附,氧原子的结合到表面,形成一个薄的氧化物覆盖层和生长的一次形成的氧化膜。对于后过渡金属(TM)的氧化过程,最近的实验和理论研究提供了一个非常有趣的原子尺度的见解:形成的初始氧化物覆盖层不仅是几个原子层薄版本的已知的大块氧化物,但可以表现出结构和电子特性,这是相当不同的相应的大块金属和大块氧化物的表面。如果这种纳米或甚至亚纳米表面氧化物膜在应用中稳定,则可能相应地产生从已知的本体材料不可扩展的新功能。这对于氧化催化特别重要,其中技术上相关的气相条件通常非常富氧。在这样的环境中,表面氧化物甚至可以在诱导期内自然形成,并且然后启动传统上归因于金属基材的反应性稳态行为。相应的方面进行了审查,重点是最近的进展,在建模和理解的晚TM的氧化行为,特别是使用晚4d系列从Ru到Ag讨论的趋势。
2004-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Porous nanostructured metal oxides synthesized through atomic layer deposition on a carbonaceous template followed by calcination
具有纳米尺寸特征的多孔金属氧化物由于其高的表面积而引起了近几十年来的广泛关注,这对于许多应用是必不可少的,例如锂离子电池、光催化剂、燃料电池和染料敏化太阳能电池。迄今为止,人们研究了多种方法来合成多孔纳米结构的金属氧化物,包括自组装和模板辅助合成。对于后一种方法,森林的碳纳米管被认为是特别有前途的模板,就其一维性质和所得的高表面积。在这项工作中,我们系统地研究了形成多孔金属氧化物(Al 2 O3,TiO 2,V2 O 5和ZnO)具有不同的形貌使用原子层沉积在多壁碳纳米管,然后通过沉积后煅烧。X-射线衍射,扫描电子显微镜伴随X-射线能量色散谱和透射电子显微镜被用于在煅烧过程中的微观和纳米尺度的形态和结构转变的调查。金属氧化物的晶化温度、表面覆盖率和碳纳米管的氧化温度对最终形貌有显著影响。
2015-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of rare earth and transition metal based perovskite type high entropy oxides
高熵氧化物(HEO)是最近引入的一类氧化物材料,其特征在于大量元素(即五个或更多个)共享一个晶格位置,其以单相结构结晶。相对年轻的HEO家族的一个复杂的例子是稀土过渡金属钙钛矿高熵氧化物。在这项全面的研究中,我们提供了一个概述了三个钙钛矿型高熵氧化物的磁性。该化合物具有由五种不同稀土元素占据的稀土位点,而过渡金属位点由单一过渡金属占据。以这种方式,可以与母体二元氧化物,即正钴酸盐、铬铁矿和铁酸盐进行比较。X射线吸收近边光谱(XANES),磁测量和穆斯堡尔谱来表征这些复杂的材料。在一般情况下,我们发现令人惊讶的相似之处的磁性的二元氧化物,尽管稀土网站上的化学无序。然而,也观察到明显的差异和有趣的磁性,如非共线,自旋重取向转变以及高达2.T的大矫顽场在室温下。稀土A位上的化学无序和B位上的TM的性质在这些高熵氧化物的物理性质中起着重要的作用。
2020-01-31 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of band line up at defective metal-oxide interface: oxygen point defects at Al/SiO_2 interface
金属-氧化物界面处的介电击穿是关键的电子器件失效机制。电子隧穿介电层是一个公认的解释这种现象。理论能带排列的研究,提供有关隧穿的信息,已经在文献中进行的金属氧化物界面。然而,大多数情况下,材料被认为是无缺陷的。氧空位在氧化物中非常普遍,它们对能带排列的影响对于理解实际材料和器件中的电子隧穿具有重要意义。利用密度泛函理论,利用PBE 0杂化交换和关联泛函,研究了Al/SiO2界面氧空位和氧双空位对能带排列的影响.据发现,在界面处的缺陷的存在下,和他们的电荷状态,强烈地改变了带线。
2016-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Data-driven Approach to Parameterize SCAN+U for an Accurate Description of 3d Transition Metal Oxide Thermochemistry
半局域DFT方法对过渡金属氧化物的相图存在明显的误差,这是由于对分子氧的描述不正确以及在具有强局域电子轨道的材料中存在较大的自相互作用误差造成的。基于DFT+U方法的经验和半经验修正可以减少这些误差,但修正项的参数化和验证仍然是一个持续的挑战。我们开发了一个系统的方法来确定的参数,并通过考虑跨一组过渡金属化合物的热化学数据的结果进行统计评估。我们考虑了三个相互关联的校正项:(1)恒定氧结合校正,(2)Hubbard-U校正,(3)DFT/DFT+U相容性校正。参数化表示为一个统一的优化问题。我们证明了这种方法的三维过渡金属氧化物,考虑一组目标的二元和三元氧化物。从文献中总共获得了37个测量的生成能量,通过系统枚举从生成能量导出的1,710个独特反应的反应能来增强数据集。为了确保可用数据的平衡数据集,使用聚类并适当加权,根据其相似性对反应进行分组。使用留一交叉验证(CV),一个标准的统计模型验证技术的参数化进行验证。我们将该方法应用于SCAN密度泛函。基于CV分数,二元(三元)氧化物形成能的误差减少了40%(75%)至0.10(0.03)eV/atom。这里展示的方法和工具可以应用于其他类型的材料或参数化校正,以优化DFT+U性能的其他目标物理特性。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Cluster assimilation and collisional filtering on metal-oxide surfaces
首次用从头算分子动力学方法研究了金属氧化物团簇与表面的碰撞。由此产生的轨迹显示,集群的内部自由度起着决定性的作用,碰撞的结果。进入的内部温度和平移能量的相空间展示了碰撞过程本身确保每个不从表面反弹的簇在撞击时无缝地同化到它上的区域。这种过滤可以解释最近观察到的“快速平滑机制”在脉冲激光沉积。
2008-04-10 cond-mat.mtrl-sci
A spin metal-oxide-semiconductor field-effect transistor using half-metallic-ferromagnet contacts for the source and drain
我们提出并理论分析了一种新型的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)类型的自旋晶体管(以下简称为自旋MOSFET)的MOS栅极结构和半金属铁磁体(HMF)的源极和漏极接触。当HMF源极和漏极之间的磁化配置平行(反平行)时,从HMF源极注入到沟道的高度自旋极化的载流子被传输到HMF漏极中(被HMF漏极阻挡),导致依赖于磁化配置的输出特性。我们的二维数值分析表明,自旋MOSFET表现出高(低)电流驱动能力的平行(反平行)磁化,并可以获得非常大的磁流比。此外,自旋MOSFET满足了"自旋电子"集成电路的其他重要要求,例如高放大能力、低功率延迟积和低截止电流。
2003-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric-Dependent Range-Separated Hybrid Functional Calculations for Metal Oxides
本文评估SE-RSH泛函在金属氧化物中的表现,证明其相较其他依赖介电常数的杂化泛函能更准确预测介电常数、带隙和磁矩。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Defects in Metal Oxide Photocatalysts
深入了解缺陷对于优化太阳能转换材料至关重要。这对于金属氧化物光(电)催化剂尤其如此,其通常以高浓度的电子活性的带电点缺陷为特征。在光伏材料中,除了选定的掺杂剂,缺陷被认为是有害的,并且应该被消除以最小化电荷复合。然而,电子转移是一个更复杂的过程,其中缺陷可以发挥积极的作用,例如,通过稳定电荷分离和介导限速催化步骤。在这里,我们回顾了金属氧化物中电子缺陷的行为,特别注意以极化子形式存在的陷阱电荷的形成和功能的原理。我们专注于缺陷如何改变电子结构,静态或瞬态照明,并讨论了光驱动的催化反应中的这种变化的影响。最后,我们考虑了从氧化物缺陷化学中吸取的教训对基于碳氮化物、聚合物和金属卤化物钙钛矿的新型光催化剂的适用性。
2022-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial interaction in monolayer transition metal dichalcogenides (MX2)/metal oxide heterostructures and its effects on electronic and optical properties: The case of MX2/CeO2
二维过渡金属二硫属化物(MX 2)/金属氧化物异质结构显示出独特的物理性质,使其成为从太阳能到太阳能转换的各种应用的有前途的材料。理解界面相互作用对于设计具有优异性能的异质结构是非常期望的。本文利用密度泛函理论系统地研究了MX2(M=Mo,W; X=S,Se)/CeO 2异质结中的界面相互作用及其对电子和光学性质的影响。结果表明,MX_2/CeO_2界面相互作用主要取决于硫族元素(X)。特别地,异质结构的带隙变化和导带最低或价带最高处的重要电子态由界面相互作用的强度决定。具有相同硫族元素(X)的MX 2/CeO 2异质结构具有从紫外到近红外的相似吸收光谱。这些结果表明硫属元素(X)是调整MX2/金属氧化物异质结构性能的关键因素。
2016-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Improved Interfacial and Electrical Properties of GaSb Metal Oxide Semiconductor Devices Passivated with Acidic (NH4)2S Solution
采用酸性(NH 4)2S溶液对HfO 2/GaSb金属氧化物半导体器件进行表面钝化,可以有效地改善器件的界面和电学性能。与对照样品相比,经酸性(NH 4)2S溶液处理后的样品在频散、栅漏电流和界面陷阱密度等方面都有很大的改善。这些改进归因于酸性(NH 4)2S溶液增强了衬底的钝化,从化学机理的角度分析了这一点,并通过X射线光电子能谱学和高分辨截面透射电子显微镜证实了这一点。
2013-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Ionically-mediated electromechanical hysteresis in transition metal oxides
观察到顺电TiO_2和SrTiO_3的机电活性、回复极化状态和电滞回线。用扩展的Ginsburg Landau Devonshire(GLD)理论分析了这些材料中离子动力学和初始铁电性之间的耦合。机电耦合的可能来源,包括离子动力学,表面电荷引起的电致伸缩,和离子诱导的铁电性被确定。对于后者,离子的贡献可以改变一阶GLD膨胀系数的符号,使材料有效地铁电。这些研究为中心对称过渡金属氧化物的类铁电行为提供了可能的解释。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Oxide nanotemplates for self-assembling "solid" building blocks
人们普遍认为,自组装积木是工程新材料的有前途的方法之一。近年来,有机分子的胶体粒子、聚合物嵌段和超分子聚集体的制备取得了实质性进展。尽管在分子自组装方面取得了实质性进展,但仍然缺乏由“固体物质”(例如金属、氧化物等)制成的简单块。具有明确的晶体结构和空间秩序。在这里,我们证明了有序阵列的金属纳米团簇可以通过自组装在广泛的氧化物模板。这些纳米模板通过沉积外来氧化物膜或通过氧化金属/金属氧化物基底来产生。
2005-04-22 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
Band alignment of metal/amorphous-oxide interface using atomic orbitals projection of plane-wave: a first principle study at the Al/a-SiO2 interface
非晶态绝缘氧化物在现代电子工业中发挥着重要作用。了解非晶结构异质界面的能带排列有助于更好地控制界面处的载流子输运性质。经典的带偏方法开发以前排队的本征能级相对于一个理想的散装参考或真空水平。然而,非晶结构的局部无序使得体参考模糊不清。因此,不能使用经典方法。在这项研究中,我们介绍了一种新的方法的基础上的线性组合的原子轨道(LCAO)的波函数投影线带在金属/氧化物界面。波函数的LCAO投影考虑了所有的金属/氧化物界面效应,例如内建电压、界面偶极子、虚拟氧化物减薄、势垒变形等。因此,它提供了精确的能带对准。在Al/非晶SiO2进行的计算表现出良好的协议之间现有的实验和模拟数据。我们还观察到,在界面处的空间电荷区导致在氧化物中的非线性能带弯曲,这实际上减少了其厚度,从而降低了介电强度。
2017-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of alkaline earth and post-transition metal oxides
用氧的K边X射线吸收和发射光谱研究了碱土金属AeO(Ae = Be,Mg,Ca,Sr,Ba)和后过渡金属氧化物MeO(Me = Zn,Cd,Hg)的电子结构.实验数据与密度泛函理论电子结构计算结果进行了比较。我们使用我们的氧K-边的实验光谱来估计这些材料的带隙,并将我们的结果与文献中的值范围进行比较。
2010-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Nanodroplet-Confined Electroplating Enables Submicron Printing of Metals and Oxide Ceramics
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);MIT(麻省理工学院);Dartmouth College(达特茅斯学院)
纳滴限制电沉积技术实现了金属和氧化物陶瓷的亚微米级打印,通过结合电化学原理和实时材料切换,实现了多材料纳米结构的制备。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Standardization of chemically selective atomic force microscopy for metal-oxide surfaces
针对金属氧化物表面元素鉴别和缺陷表征依赖间接假设的问题,本研究提出采用O端接铜针尖的非接触原子力显微镜方法,实现清晰元素对比度成像,为复杂金属氧化物表面直接结构表征提供标准化方案。
2024-02-16 cond-mat.mtrl-sci
First principle thermodynamic study of oxygen vacancy at metal/oxide interface
氧空位是金属-氧化物半导体异质结构中的关键本征缺陷,并且其在界面处的形成在决定器件性能和退化方面具有重要意义。本文介绍了金属/氧化物界面氧空位的从头算热力学研究。电子能量和熵计算缺陷界面系统,作为界面空位距离的函数。研究表明,界面附近的氧空位改变了其成键结构,并显著改变了系统的热力学性质(即,电子能量和熵)与块状氧空位相比。我们说明,不同的因素,包括空位的位置依赖于能量和熵,温度依赖于熵,温度和分压依赖于氧化学势,都是重要的,在确定吉布斯自由能的氧空位的形成。
2016-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the crossover from polarons to Fermi liquids in transition metal oxides
过渡金属氧化物(TMOs)拥有丰富的奇异现象,从电荷、轨道和磁序到非平凡的拓扑相和超导性。为了将这些独特的材料特性转化为新的器件功能,必须对TMO进行掺杂。然而,掺杂氧化物中载流子的性质及其在原子尺度上的导电机制仍不清楚。最近的角分辨光电子能谱学(ARPES)研究为这些问题提供了新的见解,揭示了原型金属氧化物的载流子经历了从极化液体到费米液体制度的过渡,随着掺杂的增加。在这里,通过执行\textit{ab initio}多体计算的ARPES光谱的TiO $_2$,我们表明,这种转变起源于非绝热的极性电子-声子耦合,并发生时,等离子体振荡的频率超过的光-光学声子。这一发现表明,一个普遍的机制可能是TMO中极化子形成的基础,并为量子物质中的工程涌现特性提供了一个新的范例。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Layer Deposition of Metal Oxides on Pristine and Functionalized Graphene
我们研究了金属氧化物在原始石墨烯和功能化石墨烯上的原子层沉积(ALD)。在原始石墨烯上,ALD涂层只能在边缘和缺陷部位上主动生长,其中悬挂键或表面基团与ALD前体反应。这提供了一种简单的方法来装饰和探测石墨烯平面中的单个缺陷位点。我们使用二萘嵌苯四甲酸(PTCA)功能化石墨烯表面,并选择性地引入密集的表面基团在石墨烯上。在大面积上实现了在PTCA石墨烯上的均匀的CVD ALD涂层。该功能化方法可用于在未来的石墨烯电子学中集成高介电常数材料。
2008-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Metal to insulator transition in Conducting Polyaniline/Graphene Oxide composites
对聚苯胺/氧化石墨烯复合材料的制备和热退火样品分别进行了从15 K到室温的宽带介电谱(BDS)测量。退火复合材料的电导率值显示非常适度的上升,表明GO组分对实现聚合物的电稳定性的重要贡献。作为温度的函数的直流电导率的图案也揭示了在75 K左右的金属到绝缘体的转变。转变由两个关键因素决定:温度和退火工艺。随后也检测到金属状和绝缘特征,并相应地描述以提供对所涉及的电荷转移机制的定性检查
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci
The Magnetoelectric Effect in Transition Metal Oxides: Insights and the Rational Design of New Materials from First Principles
研究人员几十年来一直在寻找具有大磁电效应的材料。奖励不仅包括先进的电子技术,还包括有关凝聚态物质介电和磁性的基本见解。在这篇文章中,我们专注于过渡金属氧化物的磁电效应和审查的方式,第一性原理计算有助于指导搜索(和越来越多地预测)新材料和阐明负责磁电现象的微观机制。
2012-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Novel phenomena in transition-metal oxide thin films and heterostructures with strong correlations and spin-orbit coupling
本文综述了受强关联与自旋-轨道耦合作用的过渡金属氧化物薄膜及异质结的实验与理论研究,介绍了异质结结合关联与拓扑产生的新型物态,并展望了该领域的未来研究方向。
2025-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Designing heavy metal oxide glasses with threshold properties from network rigidity
在这里,我们表明,一类新的玻璃组成的重金属氧化物,涉及过渡金属(V $_\text {2}$ O $_\text{}$ 5-TeO $_\text{2}$),可以令人惊讶地设计从非常基本的工具,使用拓扑结构和刚性的基础分子网络。当作为组合物的函数进行研究时,这种玻璃在Tg下显示网络堆积和松弛焓的突然变化,强调存在柔性到刚性弹性相变。我们发现,这些弹性相是完全一致的极化性质的电子电导率在高V $_\text{2}$ O $_\text{5}$内容。这些观察结果对于设计不同于仅具有移动离子作为载流子的传统无定形电解质的电子玻璃具有新的意义。
2013-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Chemistry of layered d-metal pnictide oxides and their potential as candidates for new superconductors
层状d-金属磷属元素化物氧化物是一类独特的化合物,其由特征d-金属磷属元素化物层和金属氧化物层组成。包括最近发现的铁基超导磷属元素化物氧化物在内的100多种层状化合物可分为9种结构类型。这些结构类型和特征d-金属磷属元素化物层和层状d-金属磷属元素化物氧化物的金属氧化物层的化学和物理性质进行了审查和讨论。此外,提出了基于这些层状d-金属磷属元素化物氧化物设计新超导体的可能途径。
2010-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Stabilizing polar phases in binary metal oxides by hole doping
最近在二元金属氧化物的亚稳相,如HfO2,ZrO2,Hf0.5Zr0.5O2和Ga2O3中观察到的铁电性引起了很多关注。这些亚稳铁电相通常通过外延生长、合金化或缺陷工程来稳定。在这里,我们提出空穴掺杂在稳定二元金属氧化物中的极性相方面起着关键作用。使用第一性原理密度泛函理论计算,我们表明,这些氧化物中的空穴主要占据两个氧亚晶格之一。这种空穴定位在极性相中比在非极性相中更明显,降低了系统的静电能,并使极性相在足够大的浓度下更稳定。我们证明,这种静电机制是负责稳定的铁电相的HfO2 aliotoxins掺杂的元素,引入空穴的系统,如La和N。最后,我们表明,在HfO2的自发极化是强大的空穴掺杂,和一个大的极化仍然存在,即使在高浓度的空穴。
2023-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Non-DMS related ferromagnetism in transition metal doped zinc oxide
我们回顾了最近的努力,使一个传统的半导体,即ZnO,铁磁性的过渡金属离子掺杂的手段陷阱。由于这些元素的溶解度相当低,在低温处理时形成第二相和产生缺陷会导致不希望的磁效应。其中,离子注入是一种掺杂方法,非常适合研究这些效应。通过主要集中在Fe,Co或Ni注入ZnO单晶,我们表明,有多种来源的铁磁性在这种材料中,很容易混淆的铁磁稀磁半导体(DMS)的形成。我们将集中讨论金属和氧化物沉淀物及其鉴别的困难。
2009-08-05 cond-mat.mtrl-sci