Identification of vacancy defects in a thin film perovskite oxide
利用可变能量正电子湮没寿命测量技术对激光烧蚀SrTiO_3/SrTiO_3薄膜中的空位缺陷进行了研究。锶空位相关的缺陷是占主导地位的正电子陷阱，除了在顶部~ 50 nm，被发现是均匀分布的。表面层表现出更大的开体积缺陷，大空位簇或纳米空隙的湮灭增加。
2009-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of defects in cuprous oxide through exciton luminescence imaging
Cu2O中激子的各种衰变机制对缺陷高度敏感，缺陷可以放松选择规则。在这里，我们报告低温高光谱成像激子发光从氧化亚铜晶体生长通过浮区法显示样品有很少的缺陷。然而，一些位置显示1s正激子三重态极化激元发光的应变分裂。通过退火减少应变。此外，退火导致氧和铜空位的湮灭，这导致不同空位的发光之间的负相关。
2014-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Point Defect Chemistry in Ruddlesden-Popper Oxides (La$_{1-x}$Sr$_{x}$)$_{2}$MO$_{4{\pm}δ}$ (M = Co, Ni, Cu)
用密度泛函理论研究了Ruddlesden-Popper氧化物（La $_{1-x}$ Sr $_{x}$）$_{2}$ MO $_{4{\pm}δ}$（M = Co，Ni，Cu）中氧点缺陷的稳定性，确定了它们的稳定位、电荷态和能量随Sr含量（$x$）、过渡金属（M）和缺陷浓度（δ）的变化关系.我们表明，占主导地位的O点缺陷可以改变氧化物，过氧化物，和空位。通常，增加$x$和M的原子序数使过氧化物相对于氧化物晶体稳定，以及使空位相对于过氧化物和氧化物晶体稳定;增加δ使氧化物晶体和空位不稳定，但几乎不影响过氧化物晶体。我们还表明，O 2 $p$带中心是这些材料的一个强大的描述符，并与所有的缺陷的形成能线性相关。从氧化化学和电子结构的角度解释了生成能随$x$、M和δ的变化趋势以及与O2 $p$带中心的相关性。
2016-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing the Optical Properties of Tin Oxide Aerogels through Defect Passivation
本文研究氧化锡气凝胶光学带隙偏大的缺陷来源，发现退火仅引起部分相变而无法除缺陷，过氧化物钝化可有效降低带隙与无序度，证明悬挂键是主因，为太阳能电池等应用提供优化思路。
2024-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Degenerate epitaxy-driven defects in monolayer silicon oxide onto ruthenium
由于高分辨率扫描隧道显微镜和第一性原理计算，在钌表面上制备的氧化硅的极薄晶体同素异形体的结构以化学灵敏度被揭示到原子尺度。一个有序的氧晶格的图像共存的二维单层氧化物。这种共存的信号从氧重建Ru（0001）的氧化硅，沿横向移位域的形式，每个与衬底的等效和退化的外延关系的displacive变换。这些域之间边界处不可避免的缺陷特征呼吁开发能够生产单晶二维氧化物的替代方法。
2015-10-29 cond-mat.mtrl-sci
A polarity-induced defect mechanism for conductivity and magnetism at polar-nonpolar oxide interfaces
导电二维电子气（2DEG）和磁性的绝缘氧化物之间的界面，如极性的LaAlO 3和非极性的SrTiO 3的例子之间的发现提出了实现在组件材料中不存在的界面功能的前景。然而，这种新兴现象的微观起源仍然不清楚，对改进功能的设计构成了障碍。使用第一性原理缺陷计算，我们揭示了一个统一的极性诱导缺陷机制的导电性和磁性在极性-非极性界面的绝缘氧化物。我们证明了跨界面的极性不连续性触发了某些缺陷的自发形成，这些缺陷反过来又抵消了由极性不连续性引起的极性场。结果表明，2DEG起源于自发形成的表面施主缺陷（氧空位），但2DEG的密度由界面反位受主缺陷（Al-on-Ti）控制。发现界面磁性起源于界面附近的LaAlO 3侧内的未电离的深Ti-on-Al反位施主缺陷。我们的研究结果提出了实用的设计指导方针，诱导和控制2DEG和磁性在极性-非极性氧化物界面。
2014-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between strain, defect charge state and functionality in complex oxides
我们用第一性原理计算研究了复杂氧化物中点缺陷杂质电荷态与应变之间的相互作用。我们的工作是出于最近的兴趣，在使用缺陷作为活性元素，以提供新的功能，在相干外延膜。以氧空位为模型点缺陷，CaMnO $_3$和MnO为模型材料，计算了空位电荷态变化引起的内部应变变化，以及应变对电荷态稳定性的影响。我们的研究结果表明，电荷状态是一个自由度，可以用来控制应变的缺陷的相互作用，从而在外延膜中的缺陷的浓度和位置。我们建议使用场效应门控可逆地改变缺陷的电荷状态，从而改变内部应变和相应的应变诱导功能。
2016-05-09 cond-mat.mtrl-sci
The role of screened exact exchange in accurately describing properties of transition metal oxides: Modeling defects in LaAlO3
利用Heyd，Scuseria，and Ernzerhof（HSE）的筛选杂化泛函研究了宽带隙半导体LaAlO_3中多种本征缺陷的性质.在原始结构中，包括在筛选的混合泛函的确切交换，简化了带隙低估的问题，这是常见的半局部泛函，这使得准确预测的缺陷属性。我们提出了修正免费缺陷能级散装LaAlO3计算使用HSE，可能作为指导的光致发光实验的解释。
2013-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Light absorption and emission by defects in doped nickel oxide
氧化镍是一种用途广泛的p型半导体氧化物，在光电器件中有许多应用，但通常需要高掺杂浓度才能实现必要的导电性。与许多其他透明氧化物半导体相比，即使是中等水平的NiO掺杂也会导致可见光谱范围内的显著光吸收，从而限制了材料的应用范围。这种相关性已经在文献中被广泛报道，但其起源至今仍不清楚。这项工作结合了各种NiO样品的光学性质的实验数据与混合密度泛函理论计算的结果。结果表明，强的电子-声子相互作用导致电子从价带最大值到缺陷态的跃迁相对于热力学电荷跃迁能级发生明显的蓝移（0.6-1 eV）.这基本上使得NiO通过已经在中等掺杂水平下的缺陷带形成而成为窄隙半导体，对于大约1 eV的光子能量具有强的光吸收。计算也被证明是完全符合实验数据的缺陷相关的发光NiO。
2022-05-05 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
Nanoscale Oxygen Defect Gradients in the Actinide Oxides
氧缺陷控制着催化、量子计算和核能等一系列材料的行为。理解和控制这些缺陷对于安全使用、储存和处置核燃料循环中的锕系氧化物特别重要，因为它们的氧化状态影响燃料的寿命、稳定性和地下水的污染。然而，这些系统中的纳米尺度波动知之甚少，可能导致体氧化行为的显着偏差。在这里，我们描述了第一次使用像差校正的扫描透射电子显微镜和电子能量损失谱，以解决在UO $_2$表面的局部氧缺陷环境的变化。我们观察到大的图像对比度和光谱的变化，反映了在纳米级，我们通过第一性原理计算和图像模拟量化的间隙氧含量的存在相当大的梯度。这些研究结果揭示了一个前所未有的水平的过剩氧纳入一个复杂的近表面的空间分布，提供了新的洞察缺陷形成的途径和动力学在UO $_2$氧化。
2019-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Local doping of an oxide semiconductor by voltage-driven splitting of anti-Frenkel defects
本研究通过施加直流电压驱动反弗伦克尔缺陷分裂，在Er(Mn,Ti)O₃中实现局部受主和施主掺杂，形成稳定纳米级p型和n型区域，为氧化物半导体的纳米尺度临时功能化及相关电子学领域发展提供新途径。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Defect chemistry in layered transition-metal oxides from screened hybrid density functional calculations
采用密度泛函理论和Heyd-Scuseria-Ernzerhof屏蔽杂化泛函，对层状氧化物正极材料LiMO $_2$（M=Co，Ni）中本征点缺陷的热力学和输运进行了第一性原理研究.我们发现，LiCoO $_2$具有复杂的缺陷化学，不同的电子和离子缺陷可以存在于不同的合成条件下，和LiCoO $_2$样品的钴反位缺陷可以在锂过量（钴缺乏）的环境下。本文还提出了一个锂过化学计量比LiCoO $_2$的缺陷模型，该模型涉及带负电荷的锂反位和带正电荷的小（空穴）极化子。在LiNiO $_2$中，一定量的Ni $^{3+}$离子经历电荷分离，并且锂层中的镍离子浓度高。调整合成条件可以减少镍反位，但不会消除电荷反位。此外，我们发现，LiMO $_2$不能掺杂$n$ -或$p$ -型;电子传导发生通过跳跃的小极化子和离子传导发生通过迁移的锂空位，无论是通过单空位或双空位机制，这取决于空位浓度。
2014-12-16 cond-mat.mtrl-sci
A defect-chemistry-informed phase-field model of grain growth in oxide ceramics: application to Fe-doped SrTiO3
本文提出一种缺陷化学信息相场模型，模拟氧化物陶瓷晶粒生长，考虑点缺陷偏析能与位点密度及缺陷扩散与晶界移动的竞争动力学，揭示了溶质拖曳导致偏斜晶粒尺寸分布及晶界电势随晶粒尺寸变化的非均匀分布规律。
2025-09-28 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on luminescence properties of Eu-doped defect pyrochlore oxide KNbWO$_6\cdot$H$_2$O:Eu$^{3+}$
缺陷烧绿石氧化物由于其灵活的组成和高的电子/空穴迁移率，作为有前途的发光材料引起了人们极大的兴趣。本文采用第一性原理方法研究了镧系元素掺杂的烧绿石氧化物\ce{KNbWO6}：0.125 Ln $^{3+}$的结构和电子性质。我们进行各种缺陷烧绿石模型的结构优化，并计算其电子结构，揭示了水合作用有显着的影响，在两个本地对称性周围的Eu $^{3+}$离子和带结构与改变其发光行为。在水合化合物中，发现电偶极$^5$ D $_0-^7$ F $_2$跃迁被局部对称性的提高部分抑制，并且化合物中的水分子可以介导激活剂Eu $^{3+}$离子与基质之间的非辐射能量转移，导致猝灭效应.结果表明，氧空位对发光是有害的，因为它们还原了Eu $^{2+}$离子附近的Eu $^{3+}$离子，并且还用作由入射光激发的传导电子的陷阱。我们对\ce{KNbWO6}：0.125 Ln $^{3+}$（Ln = Ce，Pr，Nd，Pm，Sm）的计算支持了缺陷烧绿石氧化物\ce{KNbWO6}也可以作为Ln $^{3+}$离子掺杂的发光基质，从而在原子水平上对这些材料的发光性质的变化趋势给出了有价值的见解。
2019-12-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles computational study of defect clustering in solid solutions of ThO$_{2}$ with trivalent oxides
用电子密度泛函理论（DFT）研究了萤石型ThO $_{2}$与三价阳离子（Sc，In，Y，Nd，La）氧化物固溶体中的混合和缺陷有序的热力学.通过DFT计算的晶格代数技术枚举的结构，我们确定了最低能量的模式，为四个单独的掺杂剂浓度的缺陷集群。最稳定的结构的特征在于氧亚晶格上最近邻空位之间的排斥相互作用。相对于组成氧化物的形成的结晶度对于所考虑的所有掺杂剂都是正的，并且显示出随着三价掺杂剂的尺寸和电负性的减小而在量值上减小的趋势。由于La掺杂剂的小的正形成势和低的氧空位结合能，预测La $_{2}$ O $_{3}$ -ThO $_{2}$固溶体相对于所考虑的其它异价掺杂剂具有相对高的离子电导率。我们的研究结果进行了比较，为更广泛的研究ZrO $_{2}$和CeO $_{2}$萤石结构的三价阳离子的固溶体。
2010-09-09 cond-mat.mtrl-sci
The role of nitrogen related defects in high-k dielectric oxides: Density functional studies
利用从头算密度泛函总能量和分子动力学模拟，研究了不同形式的氮沉积后退火（PDA）对Al2O3作为场效应晶体管（FET）栅介质的电学性质的影响.我们考虑的原子结构和能量的含氮的缺陷，可以在PDA过程中形成的各种N基气氛：N2，N+2，N，NH3，NO，N2O。我们分析了这种缺陷在固定电荷积累，电子捕获和生长的界面SiOx层中的作用。我们发现，氮退火的氧化物导致一个有效的固定原生缺陷，如氧空位和间隙氧离子，这可能会抑制二氧化硅层的生长。任何形式的氮都有效地结合到预先存在的氧空位中，因此可以降低浅电子陷阱的浓度。然而，任何形式的氮都不可能显著减少电介质中的固定电荷。
2004-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Photocatalytic Hydrogen Production on Defective and Strained Black Bismuth (III) Oxide
本研究针对氧化铋(III)光催化制氢效率不足的问题，通过高压扭转法合成缺陷型应变黑Bi₂O₃，利用氧空位和晶格应变提升光吸收、窄化带隙并减少电子-空穴复合，实现水分解效率10倍提升及优异循环稳定性。
2024-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Formation of localized hole states in complex oxides
缺陷电子（空穴）在大多数技术上重要的复合氧化物中起着重要的作用;其中许多具有钙钛矿相关的结构。在这方面的贡献，我们提出了第一个详细的表征在这种材料中的局部空穴状态。我们的调查采用先进的嵌入集群计算，其中始终包括电子相关性和缺陷引起的晶格弛豫。这是必要的，以考虑各种可能的空穴状态的表现。
1997-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Crack Formation in Ceramic Films Used in Solid Oxide Fuel Cells
固体氧化物燃料电池（SOFC）的制造涉及多层陶瓷结构的制造，对于该多层陶瓷结构，约束烧结在许多情况下是关键的处理步骤。在烧结结构中经常观察到缺陷，但它们在烧结过程中的形成并不清楚。在这项工作中，各种陶瓷薄膜制备丝网印刷和各种缺陷观察。有些薄膜出现泥裂缺陷，而另一些则出现分布的大孔隙。泥裂纹缺陷被发现起源于存在于生膜中的细裂纹的网络，并且在干燥和粘合剂烧尽期间形成。控制这些早期阶段对于生产无裂纹薄膜至关重要。为了研究缺陷在烧结过程中如何演变，使用压痕在绿色薄膜中引入人工裂纹。据观察，裂纹开口总是在约束烧结过程中增加。相比之下，类似的初始裂纹可以在共烧结过程中闭合和愈合。
2015-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms for p-type behavior of ZnO, Zn$_{1-x}$Mg$_x$O and related oxide semiconductors
研究了将本征n型氧化物半导体如ZnO和Zn $_{1-x}$ Mg $_x$ O转变为p型材料的可能性。受最近实验的启发，我们用自相互作用校正的密度泛函理论计算分析了ZnO和Zn $_{1-x}$ Mg $_x$ O中点缺陷N $_{\rm O}$，v $_{\rm Zn}$和N $_{\rm O}$ -v $_{\rm Zn}$对的电子缺陷能级。我们展示了缺陷的相互作用如何导致浅的受主缺陷能级，尽管单个点缺陷N $_{\rm O}$的能级在带隙中太深而不能负责p型导电。我们将我们的研究结果与p型导电路径中看到的多晶ZnO的晶界和发展的p型机制，这是共同的ZnO，Zn $_{1-x}$ Mg $_x$ O，和相关材料的理解。
2017-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin 2D-oxides: a perspective on fabrication, structure, defect, transport, electron and phonon properties
在原子级薄的2D材料领域中，尽管有大量的层状氧化物结构易于剥离，但氧化物相对未被开发。从应用的角度来看，对超薄膜氧化物纳米结构的兴趣越来越大。在这篇透视论文中，讨论了在理解二维氧化物的基本性质方面的最新进展。考虑了两类二维氧化物：（1）范德华键合的层状材料，其中过渡金属处于其最高价态（由V $_2$ O $_5$和MoO $_3$表示）和（2）层状材料，在正碱金属阳离子层和带负电荷的过渡金属氧化物层（LiCoO $_2$）之间具有离子键合。对后者提出了化学剥离过程及其与机械剥离相结合的方法。结构相稳定性的所得纳米片，阳离子的大小和氧化物中的缺陷的重要性的作用进行了讨论。二维声子，电子能带结构和电子屏蔽的影响被放置在什么是已知的其他二维材料，如过渡金属二硫属化物的上下文中。在多体微扰理论的水平上使用准粒子自洽$GW$方法讨论了电子结构，其中的准确性进行了严格的评估，包括电子-空穴相互作用的屏蔽和电子-声子耦合的影响。的预测发生的二维电子气上的锂覆盖表面的LiCoO $_2$和它的关系的拓扑方面的能带结构和键合的表面上的基本作用的一个例子。最后，一些案例研究的电子输运和使用这些氧化物在纳米场效应晶体管。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Deep Spin Defects in Zinc Oxide for High-Fidelity Single-Shot Readout
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Ajou University（亚洲大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；University of Washington（华盛顿大学）
本研究通过第一性原理计算预测了锌氧化物中钼空位复合物Mo_Zn-V_O作为光学可调制自旋量子比特的特性，包括自旋三重态基态、可见光范围高量子产率的光学跃迁以及极小的黄-罗斯因子，同时发现考虑核自旋和杂质自旋浴时的长自旋相干时间，为氧化物基量子技术的发展提供了新路径。
2026-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative 3D mapping of chemical defects at charged grain boundaries in a ferroelectric oxide
氧化物界面的极性不连续性和结构变化可以引起各种各样的电子和离子现象。在外延系统中，包括铁电畴壁和超晶格中的界面，相关的效应已经被深入研究。在这里，我们研究多晶铁电ErMnO3中的极性不连续性和晶界处的局部化学之间的关系。使用取向映射和不同的扫描探针显微镜技术，我们表明，多晶材料开发带电的晶界增强电子电导。通过进行原子探针断层扫描测量，我们发现在所有的晶界的铒和氧的耗尽的富集。所观察到的组成变化转化为超过可能的极化驱动效应的电荷，表明结构现象而不是静电决定了局部化学组成和电子输运行为的相关变化。研究表明，带电晶界的行为明显不同于带电畴壁，在极性氧化物界面的性能工程提供了额外的机会。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Polarizing oxygen vacancies in insulating metal oxides under high electric field
我们展示了一个热力学公式来量化高电场下绝缘体中的缺陷形成能量。作为一个模型系统，我们分析了中性氧空位（色心）在碱土金属二元氧化物使用密度泛函理论，Berry相计算，最大局域Wannier函数。极化功降低了形成这种缺陷的场依赖的电吉布斯能。这主要是由于两个电子被困在空位中的极化容易，其次是由于缺陷引起的键刚度和声子模软化的减少。该配方和分析具有的影响，了解绝缘氧化物在电子，磁性，催化和电热设备在高电场下的行为。
2017-08-15 cond-mat.mtrl-sci
A physical method for investigating defect chemistry in solid metal oxides
研究固体氧化物的缺陷化学对于理解氧化还原过程具有重要意义。这可以通过测量作为氧分压的函数的电导率来进行，这通常通过使用基于氧化锆的缓冲气体混合物或氧泵来建立。然而，这种方法有一些局限性，例如在某些中压区域难以调节氧分压，或者可能会通过气体影响氧化还原过程，这些气体也可以掺入氧化物中或通过非均相催化与表面反应。在这里，我们提出了一种替代的物理方法，其中通过在超高真空室中定量给药纯氧来控制氧分压。为了监测所研究的氧化物的电导率，我们采用了专用的四探针测量系统，该系统依赖于非常小的AC电压的应用，结合使用高灵敏度静电计的锁定数据采集，最大限度地减少电化学极化或电还原和降解效应。通过分析模型材料SrTiO 3，我们表明，其特征氧化还原行为可以再现与理论吻合良好时，同时进行电导率弛豫（ECR）和高温平衡电导率（HTEC）的测量。我们表明，使用纯氧允许直接分析的特征氧剂量，这开辟了各种角度的氧化还原过程的表面化学的详细分析。
2020-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Effect of cationic chemical disorder on defect formation energies in uranium-plutonium mixed oxides
在原子尺度上，铀钚混合氧化物（U，Pu）O_2具有阳离子化学无序的特征，即U和Pu阳离子随机分布在阳离子亚晶格上。本文利用原子间相互作用势和密度泛函理论（DFT+U）计算了无序对（U，Pu）O_2中点缺陷形成能的影响。我们专注于结合肖特基缺陷（BSD），这些氧化物中最稳定的缺陷。作为第一步，我们估计了BSD周围的距离R_D，直到局部化学环境显著影响它们的形成能。为此，我们提出了一个原始的程序，在该程序中的形成能量计算在不同程度的混乱的几个超级细胞。我们的结论是，前三个阳离子壳层周围的BSD有一个不可忽略的影响，其形成能（R_{D} = 7.0 \{AA}）。然后，我们应用一个系统的方法来计算BSD周围的第一和第二最近邻壳层上所有可能的阳离子构型的BSD形成能。我们表明，形成能的范围可以在0.97 eV的间隔，这取决于U和Pu相邻的阳离子的相对量。基于这些结果，我们提出了一个相互作用模型，该模型描述了标称和本地组成的BSD形成能的效果。最后，DFT+U基准计算显示出令人满意的协议，其特征在于由一个富U的本地环境的配置，和一个较大的不匹配的情况下，一个富PU的。综上所述，本工作为研究（U，Pu）O_2中BSD缺陷的性质提供了有价值的见解，并为研究无序化合物中的点缺陷性质提供了一种有效的策略。
2022-06-27 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
Defect-induced modulation of magnetic, electronic and optical properties of double perovskite oxide La$_2$CoMnO$_6$
采用第一性原理密度泛函方法研究了电子和空穴掺杂La $_2$ CoMnO $_6$（LCMO）的结构.空穴和电子掺杂分别通过在La $^{3+}$位引入Sr $^{2+}$和在LCMO中引入O位空位来实现。电子结构的计算表明，空穴掺杂改变了Co离子的电荷和价态，而电子掺杂影响Mn离子。引入缺陷被发现，以提高反位无序（ASD）在Co/Mn网站，这是预期影响系统的磁介电性能。我们的计算表明，虽然ASD和/或空穴掺杂诱导半金属在LCMO，电子掺杂恢复其绝缘状态。通过将不同共线自旋组态的DFT总能量映射到伊辛哈密顿量上，使用交换常数进行的平均场计算发现，缺陷倾向于降低居里温度（$T_C$）。有趣的是，计算出的系统的线性光学特性表明，该材料在存在缺陷的情况下具有高双折射值的光学活性，这是光通信和激光工业中非常受欢迎的特性。
2021-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Probing electronic transitions and defect-induced Urbach tail bands in functional perovskite oxides using diffuse reflectance
本研究利用漫反射光谱结合Kubelka-Munk函数、Tauc图和反射率一阶导数，系统表征了多种功能性钙钛矿氧化物的电子跃迁与缺陷诱导Urbach尾带，并提出了多铁性BiFeO3的全面电子能带结构，为其光电应用提供依据。
2025-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio model of amorphous zinc oxide (a-ZnO) and a-X_0.375 Z_0.625 O (X=Al, Ga and In)
采用密度泛函理论（DFT）方法研究了非晶氧化锌（a-ZnO）的结构和电子结构。模型采用“熔融淬火”法制备。这些模型是化学有序的，但存在一些配位缺陷。研究了三价掺杂对a-ZnO结构和电子性质的影响。用“熔体淬冷”法制备了a-X_（0.375）Z_（0.625）O（X=Al，Ga，In）模型。三价掺杂剂减少了四倍的Zn和O，从而在网络中引入了一些配位缺陷。掺杂剂更倾向于与O原子成键。详细讨论了网络拓扑结构。掺杂剂通过在维持导带边缘的扩展性质的同时产生最小缺陷态来减小EDOS中的带隙。
2016-10-01 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
First-principles theory of doping in layered oxide electrode materials
在锂离子电池电极材料LiMO $_2$（M = Co，Ni，Mn）中掺杂杂质是优化其电化学性能的有效途径。在这里，我们报告了详细的第一性原理研究层状氧化物LiCoO $_2$，LiNiO $_2$，和LiMnO $_2$轻掺杂过渡金属（Fe，Co，Ni，Mn）和非过渡金属（Mg，Al）杂质使用混合密度泛函缺陷计算。我们发现，晶格位置的偏好是依赖于掺杂剂的电荷和自旋状态，这是强烈耦合到本地晶格环境，并可以通过存在的共掺杂剂（S）的影响，和主体化合物的构成元素的相对丰度在合成环境中。在杂质及其与本征点缺陷复合物的结构和能量的基础上，我们确定了所有可能的低能杂质相关缺陷复合物，从而为材料的进一步分析提供了缺陷模型。从材料建模的角度来看，这些轻掺杂的化合物也可作为模型系统，用于理解更复杂的混合金属LiMO $_2$基电池阴极材料。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Cation nonstoichiometry and its impact on nucleation, structure and defect formation in complex oxide heteroepitaxy : LaCrO3 on SrTiO3(001)
我们使用复合氧化物设计和制造具有可再现特性的电子器件的能力关键取决于我们以薄膜形式可控地合成这些材料的能力。结构-性能关系与薄膜和界面组成密切相关。在这里，我们报告的阳离子化学计量的影响，在LaCrO 3异质外延薄膜制备使用分子束外延。我们发现，LaCrO 3薄膜生长赝象SrTiO 3（001）在很宽的范围内的La-Cr原子比。然而，生长模式和结构质量是敏感的La-Cr比，与富La的膜是相当低的结构质量比富Cr的膜。阳离子混合发生在界面上的所有La-Cr的比例调查，并没有淬火沉积在环境温度下。未扩散的La原子占据衬底中的Sr位。在SrTiO 3基板中的缺陷的存在下，有牵连在促进La indiffusion通过比较LaCrO 3/SrTiO 3与LaCrO 3/Si的性能，两者都在环境温度下制备。此外，脉冲激光沉积被证明会导致更广泛的界面混合比分子束外延沉积在环境温度下的Si。
2012-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Tunable and Persistent Macroscopic Polarization in Nominally Centrosymmetric Defective Oxides
本研究通过在中心对称CGO薄膜中制造宏观电荷不对称性，利用氧空位重分布实现可切换且持久的极化，产生约180 μC·m⁻²·K⁻¹的热释电系数，为开发可持续极性薄膜材料提供新途径。
2025-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Electrical Degradation in Dielectric and Piezoelectric Oxides: Review of Defect Chemistry and Associated Characterization Techniques
本文综述了介电与压电氧化物中的电学退化问题，重点介绍了缺陷化学机制及分析缺陷与退化所需的光谱、显微和电子等关键表征技术。
2024-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantifying Defects and Finite Size Effects in Graphene Oxide Models
本文针对氧化石墨烯模型提出用缺陷相对面积替代传统非石墨碳原子数来量化缺陷密度，并研究了模拟单元尺寸对缺陷分布和力学性能的影响。
2023-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Defect engineering in oxide heterostructures by enhanced oxygen surface exchange
具有良好控制的组成和结构的材料的合成提高了我们对其固有电输运性质的理解。原子控制生长的最新进展已被证明是至关重要的，使外延氧化物异质结构中的新的物理现象的研究。然而，这些现象可以通过作为掺杂和杂质散射的外部源的缺陷的存在下的影响。因此，控制这种缺陷的性质和密度是必要的，我们要充分了解材料的固有特性，并利用它们在未来的设备技术。在这里，我们表明，掺入的锶铜氧化物纳米层强烈降低了杂质散射在氧化物LaAlO 3-SrTiO 3（001）异质结构的导电界面，打开大门，高载流子迁移率材料。我们建议，这种远程铜酸盐层有利于增强抑制氧缺陷，通过减少异质界面膜系统中的氧交换的动力学势垒。这种受控缺陷工程的设计概念在其中增强的氧表面交换起着至关重要的作用的应用中可能具有显著的重要性。
2013-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A physics-informed neural network approach to the point defect model for electrochemical oxide film growth
University of Waterloo（滑铁卢大学）；University of Bremen（不来梅大学）
提出物理信息神经网络（PINNs）用于电化学氧化膜生长模拟，通过无因次化、神经正切核损失平衡和混合训练解决多物理场失效问题，实现与有限元基准相比误差低于1%。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Boron doping in gallium oxide from first principles
研究了硼掺杂氧化镓（$\text{Ga}_2\text{O}_3$）用于中子探测的可行性。$\text{Ga}_2\text{O}_3$是一种宽带隙、辐射硬材料，如果其可以掺杂有中子活性元素，则其具有用于中子检测的潜力。我们调查硼-10同位素作为一种可能的中子活性掺杂剂。用半局域和混合密度泛函理论研究了$\text{Ga}_2\text{O}_3$中的本征缺陷和硼诱导缺陷。我们发现，在生长条件有利于硼，硼替代缺陷可能形成使硼掺杂的$\text{Ga}_2\text{O}_3$可行。
2020-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Defect Profiling of Oxide-Semiconductor Interfaces Using Low-Energy Muons
低能μ子自旋旋转（LEμSR）是一种强有力的原子核方法，可以在$\approx$ \SI{200}{\nano\meter}尺度上研究表面附近区域和薄膜的电磁性质。在这项工作中，我们展示了利用低能量μ子对氧化物-半导体界面进行深度分辨表征的潜力，即硅（Si）和碳化硅（4 H-SiC）。二氧化硅（SiO $_2$）生长的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和热氧化的SiO $_2$ -半导体界面的接口和缺陷的形成进行了比较。μ的纳米深度分辨率允许氧化物层和半导体层之间的明确区分，同时还量化了由Si和SiC的氧化引起的结构变化的范围。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spontaneous Donor Defects and Voltage-Assisted Hole Doping in Beta-Gallium Oxides under Multiple Epitaxy Conditions
本研究通过第一性原理计算揭示β-Ga2O3在不同外延条件下的自发施主缺陷，并提出电压辅助掺杂方法显著降低费米能级、增加受主，实现无需外部掺杂剂的空穴掺杂，Mg掺杂可进一步优化。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Insulator in Complex Oxides
绝缘态是凝聚态物质中最基本的电子相之一。该状态的特征在于电子激发的能隙，其使得绝缘体在低能量下电惰性。然而，对于复合氧化物，绝缘体的概念必须重新审视。复合氧化物的行为与整个半导体工业所基于的传统绝缘体（如SiO2）不同，因为它们的带隙内存在多个缺陷能级。随着半导体工业转向使用这种氧化物作为高介电（高k）材料，我们需要真正了解这些氧化物在各种电场激发下的绝缘性能。在这里，我们报告了一类称为非线性绝缘体的新材料，它具有可逆的电场诱导金属-绝缘体转变。我们证明了这种行为的绝缘LaAlO 3薄膜的金属/LaAlO 3/Nb-SrTiO 3异质结构。当施加合适的电压时，观察到低电阻金属态和高电阻非金属态之间的可再现的转变。我们的实验结果排除了金属电极或氧空位扩散到LaAlO 3层中的可能性。相反，该现象归因于在LaAlO 3的缺陷态中形成准导带（QCB），其与Nb-SrTiO 3的导带形成连续态。一旦形成这种连续（金属）状态，即使在电压偏置关闭时，该状态也保持稳定。需要相反的电压来耗尽来自缺陷态的电荷。我们操纵和控制这些缺陷态的能力以及复合氧化物的非线性绝缘特性将为开发新型器件开辟一条新的道路。
2010-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Coupled electromigration-nanoindentation study on dislocation nucleation in SrTiO3
本研究耦合电迁移与纳米压痕实验及分子动力学模拟，揭示缺陷化学（尤其氧空位）对SrTiO3位错形核剪切应力的调控机制。
2025-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Electroluminescence from isolated defects in zinc oxide, towards electrically triggered single photon sources at room temperature
单光子源在量子信息科学、量子密码学和量子通信中有着广泛的应用。然而，到目前为止，大多数室温发射器仅被光学激发，这限制了它们适当地集成到可扩展的设备中。在这项工作中，我们克服了这一限制，并提出了室温下电触发发光从局部缺陷的氧化锌（ZnO）纳米粒子和薄膜。该器件在红色光谱范围内发射，并表现出优异的整流行为。发射在长时间内是稳定的，这为实际设备提供了重要的先决条件。我们的研究结果开辟了可能性，建立新的ZnO基量子集成器件，将固态单光子源的量子信息技术。
2015-02-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hydrogen response to high-density dislocations in bulk perovskite oxide SrTiO3
本研究以氘为示踪剂，发现块状单晶 SrTiO3 中机械引入的高密度位错可使氘掺入量提升约100倍，揭示位错是氢的有效储库与快速扩散通道。
2025-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Defective high-entropy oxide photocatalyst with high activity for CO2 conversion
高熵氧化物是一类具有五个或五个以上主阳离子的新型材料，具有广阔的应用前景。在这项工作中，受HEO的固有缺陷和应变结构的启发，光催化CO2转化研究双相TiZrNbHfTaO 11通过两步高压扭转机械合金化和高温氧化合成。HEO，其中有各种结构缺陷，表现出同时的光催化活性，CO2到CO和H2O到H2的转化，而无需添加助催化剂。这种HEO的光催化活性的CO2转化是优于传统的光催化剂，如TiO2和BiVO4和类似的P25 TiO2。从晶格缺陷、晶格应变、光吸收、能带结构、光电流产生和载流子迁移率等方面讨论了HEO的高活性。目前的研究证实了HEO作为CO2转化光催化剂的新家族的高潜力。
2023-01-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Embracing defects and disorder in magnetic nanoparticles
氧化铁纳米颗粒在从能源应用到生物医学的广泛技术中具有巨大的科学和技术潜力。为了提高其性能，迄今为止一直渴望单晶和无缺陷的纳米颗粒。然而，在最近的几项研究中，缺陷丰富的纳米粒子在磁热疗和磁粒子成像中优于无缺陷的纳米粒子。在这里，概述了国家的最先进的设计和表征的缺陷和由此产生的自旋无序的磁性纳米粒子的重点是氧化铁纳米粒子。强调了缺陷和无序对用于药物递送和癌症治疗的磁性纳米颗粒的细胞内磁热疗性能的有益影响。氧化铁纳米颗粒中的缺陷工程成为一种为生物医学定制其磁特性的替代方法，因为它已经成为半导体等成熟系统和包括钙钛矿太阳能电池在内的新兴领域的常见做法。最后，观点和想法给出了如何故意诱导缺陷的氧化铁纳米粒子及其潜在的影响，磁示踪剂监测细胞治疗和免疫治疗的磁粒子成像。
2020-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect engineering of the electronic transport through cuprous oxide interlayers
采用第一性原理计算和非平衡格林函数方法研究了Au-（Cu $_{2}$ O）$_n$ -Au结的电子输运性质.改变厚度的效果（即，$n$）以及点缺陷和阴离子取代的研究。对于所有的铜$_{2}$ O厚度的电导是更增强的散装样（在近界面）的缺陷，与O空位和Cl替代缺陷的例外。对于厚的Cu $_{2}$ O结，Cu缺陷和N替代以及Cl替代和N替代导致类似的传输行为。与最近的实验观察一致，发现N和Cl掺杂增强电导。Frenkel缺陷，即，O间隙缺陷和O替代缺陷的叠加导致显著高的电导。从缺陷形成能的分析，铜空位被发现是特别稳定的，与早期的实验和理论工作。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Defects and Unique Stacking Disorders in Honeycomb Layered Oxide $\rm K_2Ni_2TeO_6$ Nanomaterials: Implications for Rechargeable Batteries
蜂窝状层状氧化物具有丰富的电化学性质、优异的拓扑结构和奇异的电磁现象，在凝聚态物理、固态化学、材料科学、固态离子学和电化学等领域有着广泛的应用。然而，这些氧化物的利用率很低，因为它们的基本原子机制仍未被探索。因此，在这项研究中，原子分辨率成像原始$\rm K_2Ni_2TeO_6$沿多个区域轴进行球面像差校正扫描透射电子显微镜（Cs校正STEM），以揭示迄今未报道的纳米级拓扑缺陷和曲率，可以与各种相变。此外，我们发现在这种蜂窝状层状氧化物中与P3型序列共存的堆叠变体与报道良好的P2型堆叠序列。我们的研究结果有可能激发进一步的实验和理论研究堆叠和拓扑结构在蜂窝层状氧化物功能中的作用，例如，作为可充电电池的高性能电极材料。
2021-10-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High-Mobility and High-Reliability Top-Gate Oxide Semiconductor Transistors by Oxygen Engineering
研究氧含量对顶栅原子层沉积氧化物半导体晶体管性能的影响，发现富氧工艺结合无氧退火可同时实现高迁移率、高可靠性和高稳定性，揭示了氧二聚体等富氧缺陷的作用，克服了迁移率-稳定性权衡。
2026-07-01 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
An antisite defect mechanism for room temperature ferroelectricity in orthoferrites
单相多铁性材料，允许铁电性和磁有序在室温以上共存是非常可取的，激励正在进行的研究机制，非常规铁电性的磁性氧化物。在这里，我们报告了一个反位缺陷机制的室温铁电性在外延薄膜的钇正铁氧体，YFeO 3，钙钛矿结构的倾斜反铁磁体。结合piezoresponse力显微镜，原子分辨元素映射与像差校正扫描透射电子显微镜和密度泛函理论计算表明，YFe反位缺陷的存在有利于促进铁电性的非中心对称畸变。这种机制预计类似于其他稀土正铁氧体，与稀土阳离子的半径上的极化的依赖。此外，垂直排列的纳米复合材料的磁致弹性氧化物CoFe2O4的支柱外延嵌入在YFeO3矩阵在室温下表现出强大的铁电性和亚铁磁性，以及显着的应变介导的磁电耦合效应。我们的工作揭示了反位缺陷在一系列磁性正铁氧体中提供铁电性的新机制中的独特作用，并进一步增强了该系列复合氧化物用于多铁性应用的功能。
2021-03-18 cond-mat.mtrl-sci
