Ab initio study of the two-dimensional metallic state at the surface of SrTiO3: importance of oxygen vacancies
受最近角分辨光电子能谱（ARPES）在SrTiO 3的（001）真空解理表面处观察到高度金属二维电子气（2DEG）以及随后关于氧空位对于这种状态出现的可能作用的讨论（参考文献1）的启发，采用密度泛函理论（DFT）对不同氧含量的SrTiO_3表面片层的电子结构进行了分析。我们发现一个显着的表面重建后，引入氧空位，我们表明，从表面局部氧空位产生的电荷-独立的氧浓度-重新分布在表面区域，并在几个层内迅速耗尽从表面表明形成的2DEG。我们讨论了从这些观察中出现的基本模型。
2012-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Roles of oxygen vacancies on ferromagnetism in Ni doped In2O3: A hybrid functional study
采用基于杂化泛函理论的第一性原理计算研究了氧空位对Ni掺杂In $_2$ O $_3$电子和磁性的影响.结果表明，Ni掺杂的In $_2$ O $_3$体系具有铁磁半导体特性。然而，氧空位的存在下，在相邻的Ni对之间的反铁磁耦合的氧空位桥接。反铁磁耦合被认为是由于强烈的Ni 3d-O 2 p杂化的超交换的主导作用。因此，氧空位在Ni：In $_2$ O $_3$多晶样品的较低饱和磁化强度中起关键作用，如在实验中观察到的。
2013-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies in strained SrTiO$_{3}$ thin films: formation enthalpy and manipulation
本文报道了电子掺杂SrTiO $_{3}$薄膜在不同外延应力下氧空位形成的焓。我们表明，无论是压缩和拉伸应变降低这个能量在一个非常相似的速度，并促进稳定的双电离氧空位的形成。此外，我们还表明，在典型的生长条件下引入的无意阳离子空位，产生TiO $_6$八面体的特征旋转模式。氧空位的局部浓度可以通过具有AFM针尖的电场来调制，不仅改变局部电势，而且产生非易失性机械响应，其符号（上/下）可以通过电场反转。
2017-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the role of interfacial heterogeneous nucleation in metastable thin film growth of rare earth nickelates electronic transition materials
虽然稀土镍酸盐（ReNiO 3）具有丰富的电子相和广泛可调的金属-绝缘体电子跃迁性质，但其固有的Meta稳定性在很大程度上阻碍了其实际的电子应用。除了提高氧反应压力，异相成核预计作为一种替代策略，使结晶ReNiO 3在低Meta稳性。本文揭示了高氧压和异质界面在触发ReNiO_3薄膜亚稳态生长中各自的作用。采用第一性原理计算进一步验证了在LaAlO 3单晶衬底上生长的ReNiO 3（Re：Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）异质薄膜在常压下不需要施加高氧压就能有效晶化，表明ReNiO 3与衬底之间的界面结合能充分降低ReNiO 3的正Gibbs形成能.然而，突变的电子跃迁只出现在高氧压下生长的ReNiO 3薄膜中，在这种情况下，氧空位通过高氧压反应被有效地消除，如近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）所示。本工作揭示了异质形核和高氧压对高质量ReNiO 3薄膜生长的协同作用。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of strain and oxygen vacancies on the structure of 180^o ferroelectric domain walls in PbTiO_3
本文研究了法向应变、切向应变和氧空位对PbTiO_3中180 °铁电畴壁结构的影响。已知氧空位移动到畴壁并钉扎它们。因此，我们假设在PbTiO_3中的Pb中心和Ti中心畴壁上的氧空位都是周期性排列的。我们使用一个半解析的非谐晶格静力学方法获得松弛配置使用壳势。在最近的从头计算的协议，我们观察到，铅为中心的畴壁与氧空位是不稳定的，即使在应变。我们对PbTiO_3的半解析计算表明，氧空位对180 °畴壁的结构有显著影响，但对畴壁的厚度影响不大，它使畴壁加宽了约50%。我们还研究了正应变和剪应变对180 °畴壁的影响。我们观察到，正常和剪切应变影响的结构，但不改变畴壁厚度。
2010-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Structurally Triggered Metal-Insulator Transition in Rare-Earth Nickelates
稀土镍酸盐形成一系列有趣的相关钙钛矿氧化物。除LaNiO 3外，它们在冷却时还表现出尖锐的金属-绝缘体电子相变、同时发生的结构相变和向不寻常的反铁磁自旋序的磁性相变。尽管这些化合物具有各种各样的应用，但由于缺乏对它们的电子、结构和磁性之间相互作用的全面了解，它们的充分利用仍然受到阻碍。在这里，我们表明，从第一性原理计算的金属-绝缘体过渡的镍酸盐从软化的氧呼吸扭曲，结构上引发的氧八面体旋转运动。这种罕见的触发机制的起源追溯到它们的电子和磁性，提供了一个统一的图片。我们进一步开发了一个朗道模型占的演变的金属-绝缘体过渡的$R阳离子和合理化如何调整这种过渡作用于氧旋转运动。
2017-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies induced ferroelectricity in relaxors with ABO3 structure
在Landau-Ginzburg-Devonshire唯象理论框架下考虑了氧空位对钙钛矿结构弛豫体的影响。弛豫子的理论适用性是基于它们中存在一些隐藏的软声子极模，并且在负温度TC* 下其频率可能为零。主要关注的是PZN-PLZT弛豫体0.3Pb（Zn_（1/3）Nb_（2/3））O_（3 -0.7）（Pb_（0.96）La_（0.04）（Zr_xTi_（1-x））_（0.99）O_（3-x））（x = 0.52），在此之前进行了氧空位对极性性质影响的实验研究，并获得了氧空位诱导铁电性的证据。由于已知氧空位是弹性偶极子，它们由于Vegard和挠曲电耦合而影响弹性和电场。在自由能泛函中考虑了空位的弹性和电致伸缩贡献。利用空位浓度分布函数计算了空位对极性的影响。结果表明，负居里温度的弛豫TC* 是重整化的弹性偶极子由于电致伸缩耦合，并可以成为积极的在一些足够大的浓度的空位。我们计算了局部极化和电场诱导的挠曲化学耦合依赖于氧空位的浓度。由于空位浓度分布的不均匀性，铁电相和弛豫态可以共存。
2018-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in a TiO2/LaAlO3 heterostructure: an ab initio study about the role of oxygen vacancies
在这项工作中，我们研究的电子结构和磁性的TiO 2薄膜生长在另一个非磁性氧化物，如LaAlO 3（001）衬底，集中在结构弛豫和氧空位所发挥的作用。利用密度泛函理论从头计算方法，我们研究了LaAlO_3的自支撑薄膜以及与LaO或AlO_2平面的界面，着重于磁溶液的可能性。结果表明，当界面上没有氧空位时，LaO/TiO_2界面比AlO_2/TiO_2界面更易发生光致发光，而当界面上有氧空位时，则相反。在这两种情况下，内聚能是相同的数量级，但只有AlO 2/TiO 2界面呈现出稳定的磁性解决方案。
2008-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Density functional study of oxygen vacancies at the SnO2 surface and subsurface sites
在密度泛函理论的框架下，用全电子高斯和赝势平面波方法研究了SnO_2（110）和（101）表面和亚表面的氧空位.用B3LYP交换相关泛函进行了全电子计算，得到了能隙和态密度的精确估计。我们发现，体氧空位是负责的外观完全占据平面能级躺在约1 eV以上的顶部价带，和空的水平与导带共振。表面氧空位强烈地改变表面能带结构，带隙内态的出现覆盖了大部分禁能窗，或者仅覆盖其中的一小部分，这取决于从表面的空位深度。氧空位也可以解释相对于化学计量表面的电子亲和力变化。一个显着的支持，目前的结果被发现通过比较它们与现有的实验数据。
2008-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Conductance Probing of Oxygen Vacancies in SrTiO3 Epitaxial Thin Film Using Graphene
研究了外延SrTiO 3（STO）薄膜上单层石墨烯的量子霍尔电导，以了解氧空位在决定STO介电性能中的作用。随着栅极电压扫描范围在我们的设备中逐渐增加，我们观察到从石墨烯中的滞后电导行为证明的氧空位的系统生成和湮灭。此外，基于实验观察到的有效电容和电压扫描范围之间的线性标度关系，一个简单的模型被构造来体现STO与氧空位的介电性能之间的关系。石墨烯中固有的量子霍尔电导可以被认为是一种灵敏、稳健和非侵入性的探针，用于理解复杂过渡金属氧化物中的电子和离子现象，而不会损害下面的氧化物层。
2017-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Direct imaging of disordered residual oxygen and its impact on electronic structure in an infinite-layer nickelate superlattice
本研究结合电子显微成像、电子能量损失谱与密度泛函理论，直接揭示无限层镍酸盐超晶格中残余顶氧的无序分布及其导致的结构畸变、空穴掺杂不均和电子结构改变。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A statistical understanding of oxygen vacancies in distorted high-entropy oxides
Stanford University（斯坦福大学）
研究高熵钙钛矿氧化物中氧空位形成难题，通过实验测量和原子模拟，发现其与阳离子尺寸方差等有关。基于统计热力学，统计处理氧空位可准确预测形成，增加 A 位阳离子尺寸方差能降温度敏感性，对理解该材料至关重要。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci
How the aggregation of oxygen vacancies in rutile based TiO$_{2-δ}$ phases causes memristive behavior
全面系统的从头算基态搜索的结果的氧空位的结构安排在金红石相TiO $_2$提供了新的见解，其忆阻性能。我们发现，O空位倾向于形成平面排列，松弛成具有金属行为的结构。这些亚稳态排列在结构上类似于Magnéli相，但与Magnéli相区分开来。它们表现出更明显的金属性质，但在能量上不太有利。我们的研究结果证实了一个明确的结构和性能之间的关系，在还原氧化物中的偏析氧空位排列和金属行为。
2015-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Coupling and competition between ferroelectricity, magnetism, strain and oxygen vacancies in AMnO3 perovskites
我们采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了钙钛矿锰氧化物系列AMnO 3（A= Ca 2+，Sr 2+，Ba 2+）中氧空位、A位阳离子尺寸/容限因子、外延应变、铁电性和磁性之间的相互作用。我们发现，正如预期的那样，通过化学压力或拉伸应变增加体积通常会降低中性氧空位的形成能，这与它们扩展晶格的既定趋势一致。增加的体积也有利于极性扭曲，因为氧八面体的竞争旋转被抑制，并且因为与阳离子偏离中心相关的库仑排斥减少。有趣的是，铁电极化的存在有利于铁磁反铁磁有序，由于抑制反铁磁超交换的极性扭曲弯曲的Mn-O-Mn键角远离最佳的180度。有趣的是，我们发现，极性扭曲竞争形成的氧空位，这有一个较高的形成能量在极性相;相反，氧空位的存在下抑制极化的发生。与此相反，氧空位的形成能是较低的铁磁比反铁磁有序相同的结构类型。我们的研究结果提出了一个丰富而复杂的相图，其中缺陷化学，极化，结构和磁性可以修改使用化学势，应变，电场或磁场。
2016-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Effects of Oxygen Vacancies on Electrochromic Properties and Conductivity of $γ$-Monoclinic WO$_3$
三氧化钨（WO $_3$）是一种典型的电致变色材料，其在氧空位或碱金属原子插入时所表现出的特殊光学性质一直是人们关注的焦点。在本文中，我们提出了一个合理化的实验的基础上的第一性原理计算的光学和电学性质的缺氧（还原）WO $_3$。我们的方法是基于一个无参数的介电依赖的混合密度泛函方法，结合使用的电荷跃迁能级形式主义，研究存在缺陷的激发机制。我们的研究结果表明，氧空位导致不同的物理在$γ$ -单斜WO $_3$，这取决于W-O-W链的方向，其中的空缺是创建，从而证明了强大的各向异性效应植根于独特的结构特性的原始无缺陷单斜电池。因此，不同类型的氧空位可以被分类的基础上计算的基态性质，电子结构，和激发/发射能量，给出了一个令人满意的解释的范围内的实验观察缺氧WO $_3$。
2016-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between strain and oxygen vacancies in lanthanum aluminate
我们评估的钙钛矿结构的氧化物铝酸镧，LaAlO $_3$的外延应变和氧空位形成之间的相互作用。使用密度泛函理论内的GGA $+U$近似，我们计算的双轴应变条件下的氧空位形成能的依赖性。我们发现，形成能与应变的变化是可以忽略不计的应变值的范围内，通常通过相干外延生长。我们的研究结果表明，应变膜中不同的氧空位浓度的实验报告，结果从外在因素，或从其他杂质，如缺陷复合物。
2012-02-07 cond-mat.mtrl-sci
A Stabilization Mechanism of Zirconia Based on Oxygen Vacancies Only
采用自洽紧束缚模型分析了立方和四方相氧化锆（ZrO $_2$）稳定化的微观机理。使用这个模型，含有不同的空位浓度的氧化锆的能量和结构进行了计算，相当于浓度的电荷补偿空缺与溶解的氧化钇（Y $_2$ O $_3$）在四元和立方相领域（3.2和14.4%摩尔）。该模型被证明是预测周围的氧空位的大弛豫，以及沿$<111 >$方向的空位的集群，在很好的协议与实验和第一性原理计算。空位是立方氧化锆稳定化的唯一原因，并对其机理进行了分析。
2002-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Strain Control of Oxygen Vacancies in Epitaxial Strontium Cobaltite Films
操纵氧阴离子缺陷而不是复杂氧化物中的金属阳离子的能力可以促进创造对新兴能源和设备技术至关重要的新功能。然而，在降低的温度下激活氧的困难阻碍了对重要缺陷、氧空位的有意控制。在这里，锶钴酸盐（SrCoOx）被用来证明，即使在高度氧化的环境下和在低至300 ℃的退火温度下，外延应变也是操纵氧空位浓度的有力工具。通过施加小的双轴拉伸应变（2%），氧活化能势垒降低约30%，在通常会完全氧化未应变的钴矿的条件下导致可调的缺氧稳态。这些应变引起的氧化学计量的变化驱动钴酸盐从铁磁金属朝向反铁磁绝缘体。将氧空位浓度与其对操作环境的典型依赖性解耦的能力对于有效地设计具有特定氧化学计量的氧化物材料是有用的。
2016-02-13 cond-mat.mtrl-sci
The interplay between dopants and oxygen vacancies in the magnetism of V-doped TiO2
密度泛函理论计算表明，V到金红石型TiO 2的Ti晶格位置的结合导致磁性V4+物种，但掺杂剂磁矩之间的耦合的延伸和符号确认，铁磁有序不能通过在无缺陷氧化物中的低浓度掺杂而达到。氧空位可以引入额外的磁中心，我们在这里表明，钒掺杂的影响之一是减少这些缺陷的形成能。在V掺杂剂和O空位的存在下，所有的自旋倾向于以相同的取向对齐。我们得出结论，V掺杂有利于TiO2的铁磁行为，不仅通过引入与掺杂剂中心相关的自旋，而且还通过增加氧空位相对于纯氧化物的浓度。
2011-05-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles DFT+GW study of oxygen vacancies in rutile TiO2
我们进行第一性原理计算的准粒子缺陷态，电荷跃迁能级，和形成能量的金红石型钛白中的氧空位。计算是在最近开发的DFT+GW的形式主义，包括必要的静电修正的超细胞带电缺陷。我们发现氧空位是一个负的U缺陷，其中U是缺陷电子的附加能。费米能级低于2.8 eV（相对于价带最大值）时，空位的+2电荷态最稳定，高于2.8 eV时，空位的中性电荷态最稳定。
2014-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Excitations and Charge Transition Levels of Oxygen Vacancies in Hafnia
计算了单斜晶系氧化物中氧空位的准粒子缺陷态和电荷跃迁能级。电荷跃迁能级，虽然它们是热力学量，但由于局部缺陷态，可以严格依赖于带隙。这些准粒子的缺陷能级效应的处理使用第一原理GW近似的自能。我们表明，质量和可靠性的结果可以通过计算相同的过渡水平，通过两个物理路径进行评估，它是重要的，包括必要的静电修正在超原胞计算。与以前的许多报道相反，单斜晶系的氧空位是一个正的U中心，其中U是缺陷电子的附加能。我们确定了一个物理分区U的电子和结构弛豫部分。
2011-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Reconciling the ionic and covalent pictures in rare-earth nickelates
AMO 3钙钛矿氧化物的性质，其中M是3d过渡金属，强烈依赖于金属d和氧p轨道之间的共价水平。稀土镍酸盐具有复杂的自旋序和金属-绝缘体转变，介于离子和共价之间。因此，它们的基态的性质是高度有争议的。在这里，我们调和了镍酸盐绝缘状态的离子和共价观点。通过第一性原理计算，我们表明，它是让人想起的离子电荷practionation图片（严格的低自旋4+和高自旋2+镍网站），同时表现出强烈的共价效应与氧电子向耗尽的镍阳离子移动，模仿具有相同的镍网站的配置。我们的研究结果进一步暗示了控制过渡金属氧化物钙钛矿的电子和磁相的策略。
2016-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Transition Between Thermodynamically Stable Phases with Low Density of Oxygen Vacancies on SrTiO$_3$(110) Surface
用扫描隧道显微镜和密度泛函理论（DFT）计算研究了SrTiO $_3$（110）的表面重构。通过调节表面金属浓度[Sr]或[Ti]来控制（4 $\times$ 1）和（5 $\times$ 1）之间的可逆相变。通过对表面原子结构的解析，DFT计算证实了Sr或Ti的化学势对相稳定性的影响。特别地，在热稳定化的SrTiO $_3$（110）表面上，氧空位的密度低。
2011-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Level Strain Induced by Static and Dynamic Oxygen Vacancies on Reducible Oxide Surfaces
本研究结合环境透射电子显微镜与DFT模拟，测量了二氧化铈纳米颗粒表面的原子级应变，揭示了静态和动态氧空位在表面及次表面引起的不同应变模式，并发现应变分布受TEM内部氧化还原环境的显著影响。
2023-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy-induced charge carrier in n-type interface of LaAlO3 overlayer on SrTiO3 (001): interface vs bulk doping carrier
采用密度泛函理论研究了SrTiO_3（STO）（001）表面LaAl_3（LAO）覆盖层n型界面中氧空位的作用。通过比较不同位置的单空位构型的总能量，发现氧空位优先出现在LAO表面。这些表面氧空位在界面处产生二维载流子分布，导致STO侧界面处的能带弯曲。界面处的感应载流子电荷部分或完全补偿了LAO中的极性电场，这取决于LAO表面氧空位的浓度。此外，还介绍了STO中氧空位的电子性质。STO中的每个氧空位产生两个电子载流子，但这两个载流子电荷对LAO中的屏蔽极场没有影响。在界面处的能带结构依赖于氧空位的浓度，并与实验结果进行了比较。
2009-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of an Interface Dipole between Two Metallic Oxides Caused by Localized Oxygen Vacancies
氧空位越来越多地被认为在过渡金属氧化物界面处观察到的现象中发挥作用。在这里，我们报告的SrRuO 3/La0.7Sr0.3MnO3（SRO/LSMO）接口的研究，使用定量像差校正的扫描透射电子显微镜，电子能量损失谱，和密度泛函计算的组合。在界面处观察到阳离子位移，指示偶极状电场，即使两种材料名义上是金属的。如果O空位存在于近界面LSMO层中，则理论再现了所观察到的位移。结果表明，原子尺度的结构映射可以作为一个定量指标的O空位在界面处的存在。
2011-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Effects of interface oxygen vacancies on electronic bands of FeSe/SrTiO3(001)
通过第一性原理超原胞计算研究了由于支撑SrTiO 3（001）衬底中的氧空位引起的FeSe薄膜的电子能带的变化以及与自旋轨道耦合、磁性和外延的相互作用。展开（k-投影）带显示，氧空位既提供电子掺杂的界面FeSe层，也有显着的影响的费米能级周围的带的细节，包括重新归一化的Fe-3d带的宽度附近的费米能级的约0.6的一个因素，并导致分裂的~40 meV的棋盘式反铁磁配置的M点。对于FeSe双层，对能带的修改主要限于界面FeSe层。虽然理想FeSe/SrTiO 3（001）界面在M处的~30 meV的自旋轨道耦合诱导的带分裂与氧空位引起的分裂相当，但效果不是简单的相加。计算和比较我们的扫描隧道显微镜图像的分子束外延生长的FeSe薄膜上的SrTiO 3（001）表明，一个共同的缺陷可能是硒结合到一个氧空位的界面
2017-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancies on SrO-terminated SrTiO3(001) Surfaces studied by Scanning Tunneling Spectroscopy
利用扫描隧道谱和密度泛函理论研究了SrTiO 3（001）表面的电子结构。随着高动态范围的测量，在间隙中的过渡水平观察到的SrO终止的表面上，在2.7 eV以上的价带最大值。负责这一水平的中心的密度被发现增加与表面偏析的氧空位和减少与暴露于分子氧。基于这些发现，该水平归因于表面O空位。在一个类似的能量水平上的SrO终止的表面理论预测。对于TiO 2终止的表面，没有观察到离散的间隙状态，虽然理论上预测。这种信号的缺乏被认为是由于所涉及的缺陷波函数的性质，以及隧道光谱测量中的传输限制的可能影响。
2015-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies: The origin of n-type conductivity in ZnO
氧空位（VO）是一种常见的本征点缺陷，对ZnO等金属氧化物的物理和化学性质起着至关重要的作用。然而，对VO的基本理解仍然非常稀疏。具体地说，VO是否是ZnO中n型导电性的主要原因在过去的五十年里仍然没有定论。在这里，我们报告的氧自扩散的研究构思和生长的氧同位素ZnO异质结构与精细控制的化学势和费米能级。扩散过程被发现主要是由VO介导的。我们进一步证明，在其中性属性的一般信念相反，ZnO中的氧空位实际上是+2电荷，从而负责无意的n型导电性以及ZnO的非化学计量。该方法可以扩展到研究其他技术上重要的氧化物材料中与氧相关的点缺陷及其能量学。
2016-06-17 cond-mat.mtrl-sci
DFT Investigation of pH-Driven Oxygen Vacancy Formation-Annihilation in CeO2
在生物医学中，氧化铈纳米颗粒（CeNPs）的pH依赖性可切换的生物催化性质中有相当大的兴趣，其中这些材料在中性和碱性生理pH下对活性氧物种表现出有益的抗氧化活性，但在酸性病理pH下具有细胞毒性促氧化活性。氧空位在这种生物催化活性中起着关键作用。虽然氧空位的作用的一般特征是已知的，但它们在不同pH条件下在原子尺度上的作用机制还有待阐明。本文采用密度泛函理论（DFT）在原子尺度上对CeO 2稳定的{111}表面的pH诱导行为进行了研究。表面吸附介质物种的分析揭示了pH值的Ce 3+和Ce 4+氧化还原平衡的可逆性和氧空位的形成和湮灭的关键作用。在酸性条件下，由于水分子中的氧对氧空位的不完全体积填充，这种可逆转换受到阻碍，因此有效地保留了氧空位，并因此抑制了氧化还原仿生反应。在中性和碱性条件下，由于OH离子由于其现成的尺寸容纳而完全填充氧空位，因此保留了这种可逆切换的能力，从而保留了循环进行氧化还原仿生反应的能力。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Association of oxygen vacancies with impurity metal ions in lead titanate
采用第一性原理计算研究了钛酸铅中孤立铜、铁原子及其与氧空位复合物的热力学、结构和电子性质。这两种掺杂剂对M_Ti-V_O（M = Cu，Fe）缺陷的形成都有很强的化学驱动力。最稳定的配置对应于一个本地偶极子沿平行于自发极化的四极轴对齐。得到了局域自旋矩，并讨论了计算的自旋密度。计算结果为实验结果提供了一个简单而一致的解释。的背景下，铁电材料的退化模型的结果进行了讨论。
2010-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing Perovskite Electrocatalysis through Strain Tuning of the Oxygen Deficiency
过渡金属氧化物中的氧空位促进了对能量储存和产生至关重要的催化作用。然而，已经证明难以在诸如金属-空气电池和便携式燃料电池的装置中操作所需的较低温度下促进空位。在这里，我们使用钙钛矿基钴酸锶（SrCoOx）的薄膜来表明，外延应变是一个强大的工具，对操纵的氧含量的条件下，与析氧反应一致，产生越来越多的缺氧状态的钴酸盐通常会被完全氧化的环境。通过拉伸应变产生的额外的氧空位将钴酸盐对这一重要反应的催化活性提高了一个数量级以上，相当于贵金属催化剂，包括IrO 2。我们的研究结果表明，这些氧化物中的应变可以决定氧的化学计量独立于环境条件，允许前所未有的控制氧空位在催化附近的室温。
2016-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Lattice effects on the formation of oxygen vacancies in perovskite thin films
我们利用第一性原理方法研究了集体晶格激发对钙钛矿薄膜中氧空位形成的影响。我们发现声子在有限温度下对缺陷化学的应变介导控制起着至关重要的作用。特别是，作为外延应变的函数推导出的零温度氧空位形成的趋势可以在室温附近完全逆转。我们的第一性原理计算证明了晶格对氧空位自由能的贡献与系统在化学还原时经历的体积膨胀之间的直接联系：所产生的体积膨胀越大，越有利于点缺陷形成的热激发。然而，振动空位熵，或等效地，化学膨胀，和外延应变之间的相互作用是难以概括的，因为这可以强烈地影响底层的结构和磁性转变。此外，我们发现热晶格激发在很大程度上阻碍了空位有序化。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Reaction of O2 with Subsurface Oxygen Vacancies on TiO2 Anatase (101)
吸附在金属氧化物上的氧气（O2）在催化氧化反应、化学传感和电化学分析中是重要的。例如，强吸附需要从氧空位（VO）或掺杂剂转移负电荷。利用扫描隧道显微镜，我们观察，转换，并结合理论，确定了O2分子的性质的（101）表面上的掺杂铌（二氧化钛，TiO 2）。VOs只存在于本体中，但我们用带强烈负电荷的扫描隧道显微镜尖端将它们拉到表面。O2以超氧（O2）-形式吸附在五配位的Ti位上，转化为过氧（O2）2-，并通过与VO反应，以（O2）O形式进入阴离子表面晶格位。这种所谓的桥接二聚体也形成时，O2直接与VOs在或低于表面反应。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Sub-Band-Gap Absorption Mechanisms Involving Oxygen Vacancies in Hydroxyapatite
羟基磷灰石（HAp）是一种广泛用于制备骨和牙植入物的生物材料。尽管HAp在医学中具有相关性，但涉及这种材料作为生物相容性光催化剂的令人兴奋的应用取决于我们对其基本特性的了解程度。实验证据表明，在HAp暴露于紫外线（UV）光后，氧空位在表面自由基的产生中起关键作用。然而，人们对基本的物理和化学细节知之甚少。我们提出了一个混合密度泛函研究的结构和电子性质的大型HAp超细胞内的平面波形式主义的氧空位。我们发现，在平衡条件下，空位发生作为一个简单的空氧位点（在中性电荷状态），或作为扩展结构取代几个结晶部分（在双加电荷状态）。电离时大的原子弛豫使氧空位成为负$U$缺陷，其中单正电荷状态是亚稳态的，仅在UV激发下可接近。通过对跃迁能级的观察，我们发现电子从价带顶到空位施主态的跃迁涉及到3.6-3.9 eV的零声子跃迁。这一机制是最可能的解释，为3.4-4.0 eV的吸收开始的观察使用HAp在持续的紫外线照射下的吸收。
2019-03-03 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
Establishing quasi-linear quadrupole functional topology by oxygen-vacancy engineering at a ferroelectric domain wall
二维金属氧化物结构中的氧空位由于其独特的导电、磁性甚至导电功能而引起人们的广泛关注。铁电畴壁是最近一个突出的例子，因为它们作为拓扑缺陷的中心，使不寻常的对称性和低能量开关技术相关。然而，由于氧原子的轻重量和其空位的局部化效应，氧空位的原子尺度的电学和力学影响仍然难以捉摸。在这里，稳定的个人氧空位被发现和工程原位在晶种钛酸钙钛矿铁电畴壁。结合先进的透射电子显微镜和第一性原理方法的原子尺度的应变，电场，电荷和偶极矩分布，其特征在于这些空缺。3-5在空位的紧邻周围晶胞处观察到%拉伸应变。发现空位周围的偶极距分布是交替的头对头$-$尾对头$-$结构，产生准线性四极拓扑。附近的Ti离子的减少以及增强的充电和电场浓度附近的空缺确认了四极结构，并说明其对电气和结构性能的局部影响。在空位的晶胞中发现了显著的带内态，提出了有意义的畴壁电导率。氧空位工程和可控四极杆，使预先确定的原子尺度和全球功能特性提供了一个有前途的平台，机电拓扑孤子和器件的小型化在金属氧化物。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Tuning oxygen vacancy diffusion through strain in SrTiO$_3$ thin films
了解在不同的外部刺激下的氧化物中的氧空位的扩散是至关重要的离子基电子器件的设计，提高催化性能等。在这篇手稿中，使用由AFM针尖产生的外部电场，我们得到了室温下的氧空位在薄膜中的扩散系数的SrTiO $_3$在压缩/拉伸外延应变。拉伸应变产生的扩散系数的大幅增加，促进通过膜的空位的流动性。此外，针尖偏压，脉冲时间，和温度上的局部浓度的空位的影响进行了研究。这些是在基于离子的忆阻器件中的非易失性状态的产生和稳定中的重要控制参数。我们的研究结果表明，在薄膜氧化物中的氧空位迁移的控制所发挥的关键作用的应变。
2018-07-03 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
Luminescence quenching via deep defect states: A recombination pathway via oxygen vacancies in Ce-doped YAG
经由非辐射复合通道的发光猝灭限制了诸如磷光体和荧光体的光学材料的效率，并且因此对转换效率和器件寿命具有影响。在诸如Ce掺杂的钇铝石榴石（YAG：Ce）的材料中，淬火显示出对温度和激活剂浓度的强烈依赖性，限制了制造具有高工作温度的高强度白光发光二极管的能力。在这里，我们揭示了通过第一性原理计算的YAG：Ce，涉及氧空位，并引起热激活浓度淬灭的有效复合机制。我们证明了这种机制是活跃的关键要求是局域态与强电子-声子耦合。这些条件通常用于宽带隙材料中的本征缺陷，例如阴离子空位。因此，本研究结果与广泛的光学材料类别相关，并且一般地在热猝灭机制上发光。
2020-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Orienting oxygen vacancies for fast catalytic reaction
催化是化学过程中不可或缺的，与现代生活的许多方面有关。多价过渡金属氧化物由于其独特的电子结构和良好的离子性质，在能源和环境等领域具有重要的应用前景。在这里，我们证明，由于开放的氧框架，棕钙钛矿锶钴酸盐（SrCoO 2. 5）可以是一个很好的阴极材料的固体氧化物燃料电池和可充电电池。当氧空位通道（OVC）的取向得到适当的控制，可以大大提高表面氧交换速率约高达两个数量级。氧还原动力学的改善归因于热活化能的大幅降低。重要的是，晶体取向依赖的氧还原反应的强烈增强既不需要结构紊乱也不需要化学掺杂。因此，我们的外延方法可以为提供氧还原反应的精确解释和开发氧化物基能源材料铺平新的道路。
2013-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Multiple Order Parameters via Oxygen Vacancies: The case of Eu0.5Ba0.5TiO3-δ
利用氧空位控制磁性和铁电性是过渡金属氧化物未来发展的关键。目前，这一领域的进展是通过VO的变化和他们的影响，主要是一个序参量。在这里，我们揭示了一个新的机制，同时调谐磁性和铁电性使用VO。结合实验和密度泛函理论对Eu 0.5Ba 0.5TiO 3-δ的研究，我们发现氧空位产生了Ti 3 + 3d 1缺陷态，介导了局域Eu 4f 7自旋之间的铁磁耦合，增加了Ti离子的偏心位移，提高了铁电居里温度。Ti位的双重作用也预示了Eu_（0.5）Ba_（0.5）TiO_（3-δ）的磁电耦合。
2017-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Scavenging of oxygen vacancies at modulation-doped oxide interfaces: Evidence from oxygen isotope tracing
在SrTiO 3（STO）和另一种带绝缘体之间的金属界面处引入锰氧化物缓冲层，特别是La 7/8 Sr 1/8 MnO 3（LSMO），抑制了界面二维电子气（2DEG）的载流子密度，并显著提高了电子迁移率。然而，极端流动性增强的机制仍然难以捉摸。在此，我们使用18 O同位素交换的SrTi 18 O3作为衬底，在室温下在具有和不具有LSMO缓冲层的情况下产生2DEG。通过映射的STO 18和无序的LaAlO 3或氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）之间的界面的氧分布，我们提供了明确的证据，氧化还原反应发生在氧化物界面，甚至在室温下生长。此外，亚锰酸盐缓冲层不仅抑制载流子密度，而且还强烈抑制STO衬底的氧交换动力学，这可能防止在2DEG形成期间STO的还原。本文还讨论了缓冲氧化层界面电子迁移率增强的机理。
2017-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Localized versus itinerant states created by multiple oxygen vacancies in SrTiO3
钛酸锶（SrTiO 3）表面的氧空位与具有独特行为的二维电子气的存在有关。我们进行了详细的密度泛函理论研究的晶格和电子结构的SrTiO 3板坯与多个氧空位，主要集中在两个空位附近的二氧化钛终止SrTiO 3表面。根据总能量，我们得出结论，这两个空位优选地占据前两层，即它们垂直地聚集，而在平行于表面的方向上，空位显示出等间距的弱趋势。电子结构的分析表明，表面TiO2层中的氧缺陷导致Ti t2g态的布居，从而由氧空位捐赠的电子的巡回。与此相反，电子从表面下的氧空位填充Ti eg状态，并保持本地化的两个Ti离子相邻的空位。我们发现，氧空位附近杂化的Ti 3eg和4 p态构成的束缚氧空位态的形成，以及抽氧后的弹性形变都有助于带内态的稳定.
2014-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen-vacancy-related relaxation and scaling behaviors of Bi0.9La0.1Fe0.98Mg0.02O3 (La,Mg-codoped BiFeO3) ferroelectric thin film
利用变温阻抗谱研究了Bi_（0.9）La_（0.1）Fe_（0.98）Mg_（0.02）O_3（BLFM）薄膜在40 ~ 200 ℃温度范围内的介电弛豫和标度行为。我们发现，跳跃电子和单电荷氧空位（VO。）共存在于BLFM薄膜中，分别对晶粒和晶界的介电响应作出贡献。VO的活化能。在整个研究温度范围内，电子的激活能为0.94 eV，而在110 oC以下和110 oC以上，电子的激活能分别为0.136 eV和0.239 eV，这与沿Fe ~（2+）- VO. Fe ~（3+）链和Fe ~（2+）-Fe ~（3+）之间的电子跃迁，表明电子跃迁过程不同。此外，还发现BLFM薄膜中的跳跃电子是以长程运动的形式存在的，而氧空位的局域运动和长程运动同时存在。Cole-Cole图显示了氧空位弛豫的多色散性质和跳跃电子的唯一弛豫时间。模量谱的标度行为进一步表明氧空位弛豫时间的分布与温度无关。
2012-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of oxygen vacancies in alpha-quartz
非本征能级，形成能，和弛豫几何从头计算的α-石英二氧化硅中的氧空位。空位在电荷态Q=+3，Q=0，Q=-2，Q=-3时是稳定的。电荷态通过空位附近的大的非对称畸变而稳定。同时，发现与这些态相关的吸收和复合的Franck-Condon位移是强不对称的。在未掺杂的石英中，空位的基态是中性电荷态，而对于适度的p型和n型掺杂，在宽的费米能级窗口上分别有利于+3和-3态。与空位有关的光学跃迁预计在约3 eV和6.5 eV（吸收）和2.5至3.0 eV（发射），这取决于基态的电荷状态。
1997-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Origin and Enhancement of Spin Polarization Current in Diluted Magnetic Oxides by Oxygen Vacancies and Nano Grain Size
自旋极化电流是稀磁氧化物的主要组成部分，因为它在自旋电子学器件中具有潜在的操纵作用。然而，大多数研究都集中在铁磁特性，而不是电流的极化，因为直接测量是困难的，自旋极化电流的起源还没有完全理解。提高自旋极化电流百分比的方法在目前情况下是不可行的。针对这一问题，本文重点研究了室温下在还原气氛[Ar +（1% ~ 30%）H2]中生长的Co掺杂ZnO薄膜中氧空位和纳米晶粒尺寸对自旋极化电流的影响。我们发现，电导率的增加，通过两个独立的渠道：局域态内的可变范围跳跃（VRH）和在导带中的巡回运输的氧空位的增加。Andreev反射测量证明了VRH导电等效于自旋极化电流。输运测量表明，提高VRH含量或自旋极化电流百分比的最佳途径是增加氧空位浓度，减小薄膜的晶粒尺寸和晶格常数。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
A Systematic Study to Improve the Performance of SrCoO3 as anAnion-Intercalation-Type Electrode for Supercapacitors Through Interface, Oxygen Vacancies, and Doping
超级电容器由于其高循环能力和增加的功率密度而最近作为可能的能量存储系统而获得普及。然而，超级电容器的一个主要缺点是它们的能量密度低，这使得它们不如电池有效。在此，我们探索了提高钙钛矿SrCoO 3超级电容器性能的不同方法。通过第一性原理计算，系统研究了SrCoO 3/石墨烯界面、氧空位和掺杂对钴酸锶阴离子插层型超级电容器性能的影响。结果表明，SrCoO 3/石墨烯界面相对稳定，形成能为1.3 eV，具有良好的导电性，是一种很有前途的超级电容器材料.我们还发现，诱导SrCoO 3中的氧空位显着增加这种材料的导电性。掺杂计算结果表明，Mo、V、P和Nb的掺杂均提高了SrCoO 3的稳定性和电导率。我们发现，铌是所有四种掺杂剂中最稳定和最导电的。此外，我们发现钒是一个非常有前途的新型掺杂剂的SrCoO 3作为阴离子嵌入型超级电容器电极材料。
2019-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of doping and oxygen vacancies on the octahedral tilt transitions in the BaCeO3 perovskite
我们提出了一个系统的研究Y掺杂和水化水平的BaCeO 3的结构转变的滞弹性光谱实验的基础上的效果。菱形和正交Imma相之间的中间转变的温度上升与Y的摩尔分数x的增加大致为（500 K）x在水合状态下，和被压低的两倍以上的量完全脱水后。这是解释的平均（Ce/Y）-O和Ba-O键长的掺杂效果，从O空位晶格弛豫。过渡到较低的温度Pnma正交相的不同行为的初步解释在逐步平坦的有效形状的OH离子和O空位在冷却过程中的顺序。
2010-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Black brookite rich in oxygen vacancies as an active photocatalyst for CO2 conversion: experiments and first-principles calculations
本研究通过高压扭转制备富含氧空位的黑色板钛矿，结合实验与第一性原理计算证明其具有增强光吸收、窄带隙和低复合率，从而提升CO2光催化转化活性并优于商业板钛矿和P25。
2024-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Influence of strain and oxygen vacancies on the magnetoelectric properties of multiferroic bismuth ferrite
采用第一性原理密度泛函理论计算了多铁性材料BiFeO 3的铁电极化和弱铁磁磁化强度与应变和氧空位的关系。发现电极化的强度与应变相当无关，与大多数常规钙钛矿铁电体形成鲜明对比。它也不受氧空位或应变和氧空位的组合存在的显著影响。磁化强度也不受应变的影响，然而氧空位的掺入可以轻微地改变磁化强度，并且还导致Fe^{2+}的形成。这些结果进行了讨论，根据最近的实验BiFeO_3的外延膜，报告了一个强烈的厚度依赖性的磁化强度和极化。
2005-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Role of Oxygen Vacancies in Stabilizing the Orthorhombic Phases of Hf0.5Zr0.5O2 Nanoparticles
Frantsevich Institute for Problems in Materials Science of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院弗伦采维奇材料科学问题研究所）；Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Stockholm University, Department of Chemistry（斯德哥尔摩大学化学系）；Ye. O. Paton Institute of Materials Science and Welding, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”（乌克兰国立技术大学“伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院”叶·奥·帕顿材料科学与焊接研究所）；Oles Honchar Dnipro National University（阿列斯·洪恰尔第聂伯罗国立大学）；Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院物理研究所）；Zone 5 Technologies, Special Projects（Zone 5 Technologies特殊项目部）
研究通过分析氧空位浓度对Hf0.5Zr0.5O2纳米颗粒正交相稳定性的影响，结合Landau-Ginzburg-Devonshire理论揭示了氧空位诱导的化学应变对正交相稳定性的贡献，以及氧空位对介电性能和铁电性的影响。
2026-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies in N doped TiO2: Experiment and first principle calculations
我们采用硬X射线光电子能谱学（HAXPES）和第一性原理密度泛函理论计算相结合的方法确定了N掺杂TiO 2的电子和原子结构。结果表明，N掺杂导致了TiO2中氧空位的形成，N杂质和氧空位的结合是N掺杂TiO2的可见光催化性能的主要原因.
2009-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Negative oxygen vacancies in HfO$_2$ as charge traps in high-k stacks
利用非局域密度泛函周期性超原胞的原子基组方法，计算了m-HfO $_2$中氧空位的光激发能和热电离能.带负电荷的V $^-$和V $^{2-}$中心的热电离能与电学测量值一致。结果表明，负的氧空位是可能的候选人的本征电子陷阱在基于氮化镓的栅堆叠器件。
2006-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
