Frequency Dependence of Magnetoelectric Interactions in Layered Structures of Ferromagnetic Alloys and Piezoelectric Oxides
磁致伸缩相和压电相的层状结构中的磁电（ME）相互作用由机械变形介导。在这里，我们讨论的双层和三层的Permendur，铁磁合金，和锆钛酸铅的ME耦合的频率依赖性。ME电压系数与频率曲线的数据显示，在机电谐振的巨大ME耦合。90 V/cm Oe的最大电压系数比低频值高三个数量级。横向场的ME相互作用比纵向场强一个数量级。这些结果与理论相符。因此，共振ME效应是一种提高复合材料中磁场-电场转换效率的新工具。
2003-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Flexoelectricity in Amorphous Hafnium Oxide (HfO2)
本研究提出一种精确分离挠曲电效应的方法，首次在非晶HfO2中测得挠曲电系数，并发现系数与相对介电常数呈二次比例关系，挑战了传统线性假设。
2024-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bridging Phases at the Morphotropic Boundaries of Lead-Oxide Solid Solutions
PbZr（1-x）TixO 3（PZT）的陶瓷固溶体具有非常大的压电响应，其组成约为x= 0.50。后者是高度各向异性的，并且最近表明，对于菱面体组合物（x< 0.5），压电系数在远离极性方向时最大，这与通常的看法相反。不久之后，在x=0.50附近通过同步辐射X射线衍射观察到低对称性单斜相。类似的行为和特征也存在于许多相关的铅基强压电单晶中，例如PMN-PT、PZN-PT和PSN-PT，其压电系数约为2500 pm/V，是迄今为止记录的最高值。最近的实验和理论工作大大提高了我们对这些技术重要系统的理解，但仍然存在一些悬而未决的问题。本文就这一领域的最新进展作一综述。
2005-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Engineering and Ferroelectricity at the Nanoscale in Epitaxial 1D Manganese Oxide on Silicon
铁电氧化物由于其广泛的应用，特别是在非易失性存储器和隧道结等电子器件中的应用，引起了人们的广泛关注。因此，将这些材料单片集成到硅技术及其纳米结构中以开发替代的成本效益工艺是当前技术的中心点。在这项工作中，我们使用一种化学方法来获得一种新的Sr 1 +δ Mn 8 O 16（SMO）的锰氧化物纳米线薄膜在硅上。扫描透射电子显微镜结合晶体学计算揭示了一种晶体结构，包括锰锰矿和软锰矿单元共享其MnO 6八面体的边缘，导致沿c轴排列的三种类型的隧道，其中Sr原子的排序产生自然的对称性破坏。这种新的结构产生铁电性和压电性，如通过局部直接压电力显微镜测量所揭示的，其证实了SMO纳米线薄膜在室温下的铁电性质，并显示出22.6 pC/N的压电系数d33值。此外，我们证明了柔性垂直SMO纳米线可以收获和转换成电输出能量通过压电效应，表现出良好的可变形性和高界面复合。这项工作表明了在硅上集成1D锰氧化物的可能性，这是微电子器件生产之前的一个步骤。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional Oxide Nanosheets: Frictional, Hall, and Piezoelectric Deformation of 2D Ga2O3
本研究针对二维氧化物多功能特性研究不足的问题，采用多种AFM技术探究β-Ga₂O₃纳米片的摩擦、输运及机电特性，揭示其偏压可调摩擦、超宽禁带及缺陷诱导压电响应等特性，为多功能氧化物纳米器件提供新平台。
2025-10-02 cond-mat.mtrl-sci
"Forbidden" polarisation and extraordinary piezoelectric effect in organometallic lead halide perovskites
有机卤化铅钙钛矿是用于太阳能电池和其他光电应用的高效材料，这归因于它们的高量子效率和优异的半导体性质。这些钙钛矿的特性是在外力下的实质性离子运动。在这里，我们发现，电场和光诱导的离子运动MAPbX 3晶体（X=Cl，Br，I和MA= CH 3 NH 3）导致意想不到的压电类响应，一个数量级大于铁电钙钛矿氧化物。名义上的宏观对称性的晶体被打破的离子物种，这可以确定性地控制由光和电场的重新分配。所揭示的压电响应可能存在于具有显著离子活性的其他材料中，但有机金属钙钛矿的独特特征是对离子运动（MA+和X-1）和照明产生的光电子的相互作用的压电响应的强烈影响。
2022-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Piezoelectricity in the dielectric component of nanoscale dielectric/ferroelectric superlattices
复合氧化物超晶格的功能性质的起源可以使用时间分辨同步加速器X射线衍射来解决，以从组成重复单元的组分层的贡献。CaTiO 3/BaTiO 3超晶格的CaTiO 3层对施加的电场具有压电响应，这与整个超晶格的大的连续极化一致。在大的应变，54 pm/V的整体压电系数，同意与第一原理的预测，其中的钛酸锶基板上施加的超晶格的tetrahetron对称性。
2010-05-09 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
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
Water Oxidation Chemistry of Oxynitrides and Oxides: Comparing NaTaO$_3$ and SrTaO$_2$N
析氧反应（OER）在评价光催化剂和了解其表面化学方面起着重要作用。在这项工作中，我们提出了氧化物NaTaO $_3$（113）表面和氮氧化物SrTaO $_2$ N（001）表面的OER的比较研究。氮氧化物是非常有前途的光催化剂，由于其更小的带隙，并导致更好的可见光吸收相比，氧化物，但我们的知识，他们的表面结构和化学仍然是非常有限的。为了比较氧化物和氮氧化物的表面化学性质，我们进行了密度泛函理论计算，以获得与OER反应步骤相关的自由能变化。对于OER在Ta网站的清洁表面，我们的结果预测的速率限制步骤为两种材料的 *OOH中间体的形成，具有更大的过电位的氧化物比氮氧化物（1.30 V vs 1.01 V）。研究发现，氧化物表面的Na位比Ta位更活跃，OER过电位为0.88 V，而氧氮化物表面Sr位的OER过电位为1.14 V。对于A位，与Ta位相反，发现 *OH的去质子化是限速步骤。计算的Pourbaix图显示，在相关的（光）电化学条件下，所有的表面都覆盖着氧吸附物。然而，发现在A（Na，Sr）位点处的氧吸附物以O $_2$的形式偶联和解吸，在典型的操作条件下使这些位点为空。在这种解吸之后，我们发现OER通过常规的 *OOH机制在氧氮化物的SrO终止上进行，但是通过在氧化物表面上的Na位点处的相邻 *O的直接耦合进行。与氧氮化物的0.88 V相比，氧化物上的这种偶联机制具有最小的0.…
2018-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Electrical and acoustic self-oscillations in an epitaxial oxide for neuromorphic applications
开发可以导致人工神经元（神经轴突）和突触（忆阻器）的紧凑版本的材料是新生神经形态材料研究领域的主要愿望。振荡回路作为神经元是有趣的，它模仿动作电位的放电。我们提出了室温自振荡器件制作的半导体TbMnO 3的外延薄膜。我们发现，这些电振荡引起伴随的机械振荡，产生可听的声波，提供了一个额外的自由度与其他设备的接口。控制振荡的机制的固有性质产生了高度的控制和可重复性。在外延钙钛矿氧化物中获得这样的性质，开辟了将自振荡性质与其他压电、铁电或磁性钙钛矿氧化物的自振荡性质相结合的道路，以在紧凑的异质结构中实现混合神经电阻器-忆阻器功能。
2020-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structure and Chemistry of Graphene Oxide in Liquid Water from First Principles
氧化石墨烯是2D材料中的一颗冉冉升起的新星，但它与液态水的相互作用仍然是一个根本性的开放问题：原子尺度的实验表征很困难，经典方法的建模无法正确描述化学反应性。在这里，我们弥合了简单的计算模型和复杂的实验系统之间的差距，通过现实的第一性原理分子模拟氧化石墨烯（GO）在液态水中。我们构建了化学上精确的GO模型，并研究了它们在水中的行为，结果表明含氧官能团（羟基和环氧化物）优先聚集在氧化石墨烯层上。我们展示了GO在水中的特定性质，这是亲水性和快速水动力学的不寻常组合。最后，我们的证据表明，GO是在水中的化学活性，获得一个平均负电荷的顺序为10~ mCm $^{-2}$。从头算建模突出了GO结构作为用于脱盐和水净化的创新膜的应用的独特性。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Origin of interfacial conductivity at complex oxide heterointerfaces: possibility of electron transfer from water chemistry at surface oxygen vacancies
在SrTiO 3衬底和明显不同的氧化物材料的薄覆盖层之间已经形成了各种导电异质界面，这些氧化物材料可以分为极性带绝缘体（例如LaAl O 3）、极性莫特绝缘体（例如LaTiO 3）、明显非极性带绝缘体（例如γ-Al 2 O 3）和非晶氧化物（例如非晶SrTiO 3）。要问的一个基本问题是，是否有一个共同的机制，管理在所有这些异质界面的界面导电性。在这里，我们研究了不同种类的异质界面的导电性，通过在氧气中退火和表面处理与水。结果发现，所有的异质界面的导电性表现出强烈的依赖于退火，并可以普遍调谐的表面处理，其效果是由退火条件。这些观察，连同环境压力的X射线光电子能谱学测量，表明在表面氧空位的水化学是一种常见的机制，提供电子的接口。
2018-06-09 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
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
Multi-Fields Modulation of Physical Properties of Oxide Thin Films
氧化物薄膜具有磁性、铁电性、压电性、金属-绝缘体转变（MIT）、多铁性、巨磁阻、可开关电阻率等多种物理性质。更重要的是，氧化物薄膜的多功能性可以通过各种外场进行调节，这使得新型电子器件的展示成为可能。本文综述了近年来多场调制氧化物薄膜物理性质的研究进展。最后，对该领域的一些关键问题和发展前景进行了展望。
2015-09-14 cond-mat.mtrl-sci
ZnO/LSMO Nanocomposites for Energy Harvesting
掺锶锰氧化镧（LSMO）与氧化锌（ZnO）复合材料由于其磁性和压电特性而成为能量收集的候选材料。它们可用于从杂散源获取能量，例如电网发电站内Transformers和压缩机的振动和电磁噪声，为小型诊断传感器提供动力。LSMO/ZnO纳米复合材料通过以下方式制备：（i）研磨两种本体粉末，和（ii）导致核-壳结构的湿化学过程。的电，压电和磁电性能表现出强烈的依赖性的制造方法。在LSMO表面的颗粒核上生长ZnO纳米柱似乎改善了压电性能。此外，可以容易地修改化学浴沉积工艺以掺入掺杂剂来进一步增强这些性质。
2017-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Titanium Contacts to MoS2 with Interfacial Oxide: Interface Chemistry and Thermal Transport
在金属/半导体界面处沉积薄氧化物层先前已被报道为降低2D电子器件中的接触电阻的手段。利用X射线光电子能谱学原位沉积Ti，制备了Au/Ti/TiOx/MoS 2样品，并与Au/Ti/MoS 2和Au/TiOx/MoS 2样品进行了比较。元素钛与MoS 2强烈反应，而在含有TiOx/MoS 2界面的两种类型的样品中没有观察到界面反应。使用时域热反射的热边界电导的测量，我们发现，与Ti和薄的TiOx层在界面处（小于或等于1.5 nm）接触的样品表现出相同的行为与纯Ti单独接触的样品。Au/TiOx/MoS 2样品表现出约20%的低的热边界电导，尽管具有与在Ti/MoS 2界面处具有薄氧化物的样品相同的MoS 2界面化学。我们确定这种现象的机制，归因于不同的界面与顶部金接触。我们的工作表明，使用薄的界面氧化物层，以减少电接触电阻不会损害2D电子器件中的热流。我们注意到，必须考虑Ti和TiOx层的厚度以实现最佳热传输。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Solid-state chemistry of glassy antimony oxides
用{ \it ab initio}分子动力学方法模拟了三种不同氧化程度下氧化锑的非晶相.的原子和电子结构的非晶相进行了分析，并比较其结晶对应。三氧化物（{ \it α 1，}-Sb $_2$ O $_3$）的无定形结构类似于结晶形式的$β$ -相（Valentinite），与以前的观察结果一致.然而，在松弛的非热结构中，更多的方钠闪石样结构特征是明显的。在{ \it ab initio}热力学框架内计算了非晶相相对于氧化学势的相图。在升高的氧化水平下，与三氧化物相比，所得的四氧化物和五氧化物材料显示出电子结构的明显变化，电子态密度表明随着氧化水平的增加，电子能隙变窄。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci
RHEED Studies of Epitaxial Oxide Seed-Layer Growth on RABiTS Ni(001): The Role of Surface Structure and Chemistry
用于涂覆导体的双轴织构化Ni带上的第一氧化物缓冲层（种子层）的外延沉积是取决于金属的原子表面条件的关键步骤。利用<100>原位反射高能电子衍射（RHEED）和俄歇电子能谱（AES）研究了{100}双轴织构Ni（001）表面和种子层生长。我们的观察结果是一致的形成的c（2 × 2）2-D的超结构，由于表面偏析的金属中所含的硫。我们发现，这种超结构可以有一个显着的影响，异质外延生长的氧化物种子层。特别地，表面超结构促进Y2 O3稳定的ZrO 2（YSZ）的（200）外延氧化物生长，这对于用于涂覆导体的高Jc超导膜的发展是必要的。
2001-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Piezoelectricity in hafnia
由于其与基于半导体的技术的兼容性，HfO2（HfO $_{2}$）是当今在电子应用中最有前途的铁电材料。然而，对这种重要化合物的铁电和机电响应特性的知识仍然缺乏。有趣的是，HfO $_2$最近被预测显示出负纵向压电效应，这使其与经典的铁电体（例如，钙钛矿氧化物，如PbTiO $_3$），并使人联想到某些有机化合物的行为。本工作通过第一性原理计算和使用压电响应力显微镜对Hf O $_2$薄膜的实验研究证实了这种行为。此外，模拟显示了活性氧原子的化学配位是如何负责的负纵向压电效应。基于这些见解，预测通过控制这种活性氧的环境（例如，通过外延应变），可以改变材料的压电响应的符号。
2021-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Sustainable wafer-scale integration of epitaxial ZnO on silicon for piezoelectric devices
本文提出在最大4英寸硅基α-石英虚拟衬底上用溶液化学法集成外延ZnO微米线薄膜，晶圆级制备压电谐振器，并验证其应变-压电响应关联及柔性转移能力。
2025-03-18 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput Density Functional Perturbation Theory and Machine Learning Predictions of Infrared, Piezoelectric and Dielectric Responses
许多技术应用依赖于材料对电场的响应，但是这种响应的可用数据库是有限的。在这里，我们通过结合高通量密度泛函微扰理论和机器学习方法来探索无机材料的红外，压电和介电性质。在JARVIS-DFT数据库中计算了5015种非金属材料的Γ点声子、红外强度、玻恩有效电荷、压电和介电张量。我们发现3230和1943材料至少有一个远红外和中红外模式，分别。我们确定577高压电材料，使用的阈值为0.5 C/m2。使用阈值为20，我们发现593潜在的高介电材料。重要的是，我们分析材料的化学、对称性、维度和几何形状，以找到有助于解释数据集变化的特征。最后，我们开发了最高红外频率和最大Born有效电荷的高精度回归模型，以及最大压电和平均介电张量的分类模型，以加速发现。
2020-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Tribo-piezoelectric Nanogenerators for Energy Harvesting: a first-principles study
该研究通过第一性原理计算，探究TMD异质结构的电子与输运性质，提出利用压缩应变产生摩擦压电效应，为开发高效可持续的纳米发电机提供新思路。
2024-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revisiting Graphene Oxide Chemistry via Spatially-Resolved Electron Energy Loss Spectroscopy
氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）中氧官能团的类型和分布仍然是一个有很大争议的主题。当地的分析技术需要在纳米尺度上访问这些材料的化学。扫描透射电子显微镜中的电子能量损失谱可以提供合适的分辨率，但GO和RGO对电子辐照极其敏感。在这项工作中，我们采用了一个专门的实验装置，以减少电子照明低于损伤极限。在几纳米尺度下获得的GO氧图显示具有不同氧化水平的分离域。C/O比从约4：1至1：1变化，后者对应于石墨烯薄片的完全官能化。在RGO中，残余氧主要集中在几十纳米宽的区域中。观察到不同的氧化水平的特定的能量损失的近边缘结构。通过将这些发现与第一性原理模拟相结合，我们提出了一个高度氧化域的模型，其中石墨烯被羟基完全官能化，形成类似于石墨烷的2D-sp $^3$碳网络。
2016-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-Heusler semiconductors as piezoelectrics
材料科学的核心挑战之一是设计功能和多功能材料，其中施加的场和应力产生大的响应。这种材料的合理设计的一个快速发展的范例是基于一个大的材料家族的第一性原理研究，钙钛矿氧化物是典型的情况。具体而言，结构和性质的第一性原理计算被用来探索感兴趣的功能性质的微观起源，并搜索平衡和亚稳相的大空间，以确定有前途的候选系统。在本文中，我们使用第一性原理的合理设计方法来证明半导体半Heusler化合物作为一个以前未被认识的一类压电材料，并提供指导的实验实现和进一步研究的高性能材料适合于实际应用。
2012-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-enhanced piezoelectric catalysis of KNbO3 crystal for water splitting
Central South University（中南大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
通过引入高密度位错增强KNbO3晶体的压电催化性能，为高效水裂解提供可持续方案。
2025-07-14 cond-mat.mtrl-sci
The role of random electric fields in relaxors
PbZr_{1-x} Ti_xO_3（PZT）和Pb（Mg_{1/3} Nb_{2/3}）_{1-x}Ti_xO_3（$x$ PT）是复合的铅氧化物钙钛矿，在四方相界附近的伪方晶系成分中显示出优异的压电性能。在PZT中，这些组合物是铁电体，但在PMN-xPT中，它们是弛豫体，因为介电常数是频率相关的，并且表现出非阿氏行为。我们发现，独特的PMN-xPT和其他铅氧化物钙钛矿弛豫纳米结构是不存在的PZT和相关的PMN-xPT相对于PZT的纵向压电系数大于100%的增强。通过比较PZT和PMN-xPT，两个几乎相同的化合物，代表弱和强的随机电场限制的介电，结构，晶格动力学和压电测量，我们表明，淬火（静态）随机场建立的弛豫相和识别的序参量。
2014-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental Understanding of Exposure and Process Chemistry for Enhanced Lithography and Stability of Metal Oxide Resists
针对金属氧化物抗蚀剂在EUV光刻中因工艺和环境导致CD变化的问题，本文以正丁基Sn-Oxo为模型，结合多种关联光谱揭示曝光剂量、烘培温度和大气物种对图像形成机理的影响。
2025-05-12 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Bulk-Layer Model for Dielectric and Piezoelectric Responses in Superlattices
在第一性原理体层模型中，超晶格结构和极化由绝缘超晶格中组分对电和机械边界条件的体响应的第一性原理计算确定。在这项工作中，该模型扩展到预测功能特性，特别是介电常数和压电响应。对PbTiO $_3$ /BaTiO $_3$、BaTiO $_3$ /SrTiO $_3$和PbTiO $_3$/SrTiO $_3$三组钙钛矿氧化物超晶格的体层模型和全第一性原理计算进行了详细的比较。体层模型给出了一个很好的第一近似这些重要的功能特性，并允许识别和调查额外的物理，包括界面重建和有限尺寸效应。在生成必要的数据的组成化合物的技术问题得到解决。这些结果形成了一个强大的数据驱动的方法，以促进发现和设计的超晶格系统与增强和可调的极化，介电常数和压电响应的基础。
2018-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Mathematical crystal chemistry II: Random search for ionic crystals and analysis on oxide crystals registered in ICSD
本文提出数学晶体化学框架，通过最小/最大原子半径和可创造性函数约束随机搜索，识别多种氧化物及超导体的最优结构，且ICSD中95%的氧化物类型与最优解吻合，实现高效结构预测。
2025-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First Principles Theories of Piezoelectric Materials
压电体的研究一直使用参数化模型拟合实验数据，从1954年德文郡的工作开始。使用这种方法已经学到了很多东西，但是如果材料的性质没有得到很好的理解，它们也可以错过主要的现象，例如认识到低对称性单斜相在morphotropic相边界周围是常见的，这是由低阶Devonshire模型错过的，并且只能出现在高阶模型中。在过去的15年里，一种新的方法已经开发出来，使用第一原理计算，基于基础物理学，除了所需的化学（核电荷）之外没有必要的实验输入。第一性原理理论为铁电行为和压电性质的起源奠定了基础。理论可获得的性质范围继续扩大，预测的准确性也在不断提高。我们正朝着通过计算来设计具有所需特性的材料的能力迈进。在这里，我们的压电材料的行为和能力的理解的一些基本发展预测范围广泛的性能，使用理论方法进行审查。
2007-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Engineered spatial inversion symmetry breaking in an oxide heterostructure built from isosymmetric room-temperature magnetically ordered components
使用RHEED监测的脉冲激光沉积，由两种具有不同A阳离子的弱铁磁AFeO $_3$钙钛矿构建了氧化物异质结构[（YFeO $_3$）$_5$（LaFeO $_3$）$_5$ ] $_{40}$，该结构在室温下具有磁有序性和压电性。极化是通过去除单个AFeO $_3$组分中存在的反转中心而产生的。这种对称性的减少是一个结果相结合的A网站上的排序，所施加的生长结构的周期性，与适当的取向的八面体倾斜特性的钙钛矿单元本身，根据简单的结晶控制的规则。极化对两层之间的A位点相互扩散是稳健的，这产生正弦调制的占用，其保留产生极性结构所需的平移和点对称性的耦合。磁化强度和磁光克尔旋转测量表明，异质结构的磁结构是类似的单个组件。从二次谐波产生和压电力显微镜测量的极性的证据。压电响应的建模允许提取异质结构的$d_{33}$（约10 pC/N），这与DFT计算一致。
2013-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Novel chemistry of lithium oxides and superconducting low-pressure LiO4
我们研究了Li-O化合物的稳定性作为压力的函数，考虑到锂离子电池的应用和基本的化学兴趣。采用从头算进化算法，预测了新型化合物LiO 4、Li 5 O3和Li 6 O在压力下的稳定性.在6 GPa的压力下形成的LiO 4可以被看作是从两个Li原子接受两个电子的ε-O 8。该相是超导的，在10 GPa下Tc高达12.2 K。这是值得注意的，因为元素氧在高得多的压力（96 GPa）下变成超导体，并且具有低得多的Tc（<0.6 K），并且表明与其他元素的化学合金化不仅具有降低金属化压力的潜力，而且还具有增加Tc的潜力。由于ε-O 8被称为红氧，所以LiO 4可以被鉴定为“锂红氧化物”，并且不同于超氧化物。此外，Li 5 O 3在高于70 GPa的压力下是稳定的，并且可以表示为混合结构4 Li 2 O { \cdot } Li 2 O 2，并且亚氧化物Li 6 O在高于62 GPa时是稳定的。
2016-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Group-I lead oxide X$_2$PbO$_3$ (X=Li, Na, K, Rb, and Cs) glass-like materials for energy applications: A hybrid-DFT study
本文采用杂化DFT与Boltzmann输运理论研究X$_2$PbO$_3$类玻璃材料，验证其稳定性并评估压电及热电性能，发现ZT可达0.3–0.63。
2025-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Honeycomb Layered Oxides: Structure, Energy Storage, Transport, Topology and Relevant Insights
纳米技术的出现推动了具有恒星化学和物理功能的纳米结构材料的发现和开发，以解决能源，环境，电信和医疗保健中的问题。在这种探索中，一类由碱金属或钴金属原子夹在仅由过渡金属和硫族元素（或磷族元素）原子以蜂窝方式排列的板之间组成的二维层状材料已经出现，作为表现出令人着迷的丰富晶体化学、高压电化学、快速阳离子扩散的材料，此外还表现出各种奇异的电磁和拓扑现象。目前，作为高电压材料，这类蜂窝状层状氧化物在能量存储中具有利基应用，是纳米材料无数能力的理想教学范例，在材料科学、固态化学、电化学和凝聚态物理等多个领域引起了极大的兴趣。在这篇综述中，我们描述了蜂窝层状氧化物的相关化学和物理，并讨论了它们的功能可调电化学，超快离子导电，电磁学和拓扑结构。此外，我们阐明了未开发的，但非常有前途的晶体化学空间，同时概述了有效的方法来识别该组成空间内的区域，特别是在有趣的电磁和拓扑性质可能潜伏在上述碱金属和硬币金属蜂窝状层状氧化物结构。最后，我们指出未来可能的研究方向，特别是在密切相关的蜂窝状层状氧化物材料的Kitaev-海森堡-Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用与单晶和Floquet理论的前瞻性实现。
2020-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced ferroelectricity in simple rocksalt binary oxides
碱土金属二元氧化物具有简单的岩盐结构，由于其在地幔中的大量存在以及在微电子器件中的潜在用途，形成了一个重要的化合物家族。然而，与多功能铁电钙钛矿氧化物相比，它们的实际应用仍然有限，并且在简单的二元氧化物中出现铁电性和相关的功能性质似乎是如此不可能，以至于以前从未考虑过。在这里，我们使用第一性原理密度泛函计算表明，铁电性可以很容易地诱导在简单的碱土二元氧化物，如氧化钡（BaO）使用适当的外延应变。超越了基本的发现，我们表明，这种应变二元氧化物的功能特性（极化，介电常数和压电响应）的幅度与典型的铁电钙钛矿氧化物相当，因此使它们的应用程序的直接利益。最后，我们表明，磁性二元氧化物，如EuO，具有相同的岩盐结构，表现类似的碱土金属氧化物，提出了一种新的多铁性相结合的铁电和磁性的路线。
2009-06-23 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
The origin of ferroelectricity, polarization and high resistivity in Aurivillius CaBi2B2O9 (B = Ta, Nb)
College of Materials Science and Engineering, Sichuan University（四川大学材料科学与工程学院）
研究双层奥里维利乌斯铁电体CaBi₂B₂O₉中铁电等特性起源，结合群论分析与第一性原理计算，发现铁电相源于特定模式凝聚，确定层间滑动是铁电结构机制并建立微观图景，为设计相关铁电氧化物提供理论指导。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Exploring Nanoscale Ferroelectricity in Doped Hafnium Oxide by Interferometric Piezoresponse Force Microscopy
基于氧化铪（HfO 2）的铁电体由于其与传统硅CMOS技术的兼容性、高可切换极化、良好的耐久性和厚度可扩展性而为存储器和逻辑器件提供了显著的前景。这些因素导致在过去几年中对这类材料的研究急剧上升。与此同时，只有少数报告的直接传感纳米铁电性能存在，许多问题仍然存在关于这些材料中的铁电性的出现。虽然压电响应力显微镜（PFM）非常适合探测纳米尺度上的压电和铁电性，但众所周知，它会受到人为因素的影响，使结果的定量解释复杂化，甚至可能导致非铁电材料中的铁电性。在本文中，我们探讨了使用一种改进的PFM方法的基础上干涉位移传感（IDS）的裸硅掺杂HfO 2纳米铁电性研究的可能性。我们的研究结果表明，在本地的各种HfO 2微晶的残余状态与报告值的压电耦合在0.6-1.5 pm/V的范围内的一个明显的差异。此外，我们报告不寻常的铁电极化开关，包括可能的贡献，从电致伸缩和Vegard效应，这可能表明氧空位或界面效应的影响出现的纳米级铁电性HfO 2。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modelling functional properties of ferroelectric oxide thin films with a three-domain structure
用解析和数值方法研究了固定在基片上的铁电（001）取向薄膜的性质。重点是四畴，多畴，铁电相，使用三畴结构，如实验所观察到的。先前使用的，非常严格的边界条件，所产生的域壁，放松，创造更多的模式的能量松弛。有人认为，这种方法给出了一个更现实的描述的钳位铁电薄膜。结果表明，对于PbZr_（1-x）Ti_xO_3}，当x_Ti>0.5时，在很宽的衬底应变范围内都存在四畴多畴相，对应于体相图的四畴一侧。当x_Ti<0.5时，在体菱面体一侧出现多畴菱面体相.相温度图，和铁电，介电和压电性能，以及晶格参数，计算作为衬底诱导应变和外加电场的函数。解析公式允许分解成三个不同的原因：畴壁运动，场致弹性效应和压电效应这些属性。结果表明，在外加电场作用下，面内取向畴的畴壁运动和极化旋转对薄膜的性能贡献最大，而面外取向畴的贡献很小。
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Chemistry and structure of homoepitaxial SrTiO$_3$ films and their influence on oxide-heterostructure interfaces
为了了解当在LaAlO $_{3}$膜和SrTiO $_{3}$衬底之间插入超过临界厚度的标称同质外延SrTiO $_{3}$时界面导电性的损失，比较了单晶SrTiO $_{3}$衬底和通过脉冲激光沉积生长的同质外延SrTiO $_{3}$膜的性质。特别是，同质外延SrTiO $_{3}$的化学组成和结构的低能量离子散射和表面X-射线衍射研究表明，绝缘异质界面，Sr过量之间存在的LaAlO $_{3}$和同质外延SrTiO $_{3}$。此外，在LaAlO $_{3}$中观察到的面外晶格常数的增加，表明具有和不具有SrTiO $_{3}$薄膜的插入的导电性源自与极性突变相关的齐纳击穿。当在LaAlO $_3$和SrTiO $_3$之间插入大于临界厚度的同质外延SrTiO $_{3}$时，通过电子重构转移的电子通过形成富Sr第二相和Sr空位而被捕获。Sr向同质外延STO的表面的迁移和伴随的界面导电性的损失可以通过减少PLD靶中的Sr含量来延迟。
2013-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelastic-switching-driven colossal shear strain and piezoelectricity in a hybrid ferroelectric
能够产生大的可控应变的材料被广泛应用于形状记忆器件、致动器和传感器。人们已经做出了很大的努力来改善各种材料系统的应变输出。其中，铁弹性转变是电驱动铁/压电体和热或磁驱动记忆合金中巨大可逆应变的基础。然而，传统铁电体中的大应变铁弹开关是非常具有挑战性的，而磁和热控制是不可取的应用。在这里，我们展示了一个前所未有的大剪切应变高达21.5%的混合铁电体，C6 H5 N（CH 3）3CdCl 3。的应变响应是约两个数量级高于那些最优秀的常规铁电聚合物和氧化物。这是通过无机键切换实现的，并通过大的有机部分的结构限制来促进，这防止了不期望的180度偏振切换。此外，Br取代能有效地软化固溶体C6 H5 N（CH 3）3CdBr 3xCl 3（1-x）中的键，并在富Br端产生巨大的剪切压电系数（d35 ~ 4800 pm/V）。该化合物优异的机电性能保证了其在轻质和高能量密度设备中的潜力，并且这里描述的策略应该激发基于混合铁电体的下一代压电和电活性材料的开发。
2020-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial chemistry meets magnetism: comparison of $Co/Fe_3O_4$ and $Co/α-Fe_2O_3$ epitaxial heterostructures
利用微观与光谱方法对比研究了$Co/Fe_3O_4$与$Co/α-Fe_2O_3$外延异质结构的界面化学与磁性，发现界面钴氧化与铁还原引发未补偿磁矩和轨道磁矩增强，且钴与氧化铁间存在铁磁耦合。
2025-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Combined Iodine- and Sulfur-based Treatments for an Effective Passivation of GeSn Surface
GeSn合金是亚稳态半导体，已被提议作为硅集成短波和中波红外光子和传感平台的构建块。然而，利用这些半导体需要控制它们的外延和它们的表面化学，以减少阻碍光电子器件效率的非辐射复合。在这里，我们证明了结合硫和碘基处理产生有效的钝化Ge和Ge0.9Sn0.1表面。X射线光电子能谱和原位椭圆偏振光谱测量被用来研究表面稳定性的动力学和跟踪的再氧化机制。我们的分析表明，HI处理后氧化物的还原最大，而HF+（NH4）2S导致较低的再氧化速率。组合HI+（NH4）2S处理在空气暴露1小时内保持最低氧化物比率<10%，而在4小时后达到小于初始氧化物覆盖率的一半。这些结果突出了基于S和I的处理在稳定GeSn表面化学方面的潜力，从而实现了与材料和器件处理兼容的钝化方法。
2021-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Giant Polarization and Abnormal Flexural Deformation in Bent Freestanding Perovskite Oxides
最近实现的钙钛矿型氧化物提供了一个独特的平台，以探测二维氧化物的新特性。在这里，我们观察到一个巨大的挠曲电响应在独立的BiFeO 3和SrTiO 3在其弯曲状态所产生的应变梯度高达4x 10 e7/m，这表明一个有前途的方法实现极大的极化。此外，一个实质性的可逆变化的厚度被发现在弯曲的独立BiFeO 3，这意味着一个不寻常的弯曲膨胀/收缩和厚度依赖泊松比在这个铁电膜，以前从未见过的晶体材料。我们的理论模型表明，这种前所未有的膜内的弯曲变形是由于挠曲压电相互作用。这一发现揭示了有趣的纳米机电性能，并为它们在柔性纳米机电系统中的实际应用提供了指导。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale insights into electro-steric substitutional chemistry of cerium oxide
氧化铈（CeO 2）是一种最有前途的离子和电子混合导电材料。以前的原子论分析广泛地涵盖了替代对氧空位迁移的影响。然而，深入分析阳离子取代三价阳离子以外的作用很少被探索。在这里，我们调查可溶性一价，二价，三价和四价阳离子取代基。通过结合经典模拟和量子力学计算，我们提供了一个洞察取代基阳离子和氧空位之间的缺陷缔合能，以及它们对扩散机制的影响。模拟结果表明，低价阳离子取代体系的氧离子扩散系数为Gd>Ca>Na。对于相同的电荷，与Ce阳离子的较大尺寸失配产生较低的氧离子扩散率，即，Na>K，Ca>Ni，Gd> Al。基于这些趋势，我们确定了可以调节氧离子扩散率的物种：我们估计，在800 K下，对于GdxCe 1-xO 2-x/2，CaxCe 1-xO 2-x和NaxCe 1-xO 2 -3x/2，实现快速氧离子输运的最佳氧空位浓度为2.5%。值得注意的是，这样的浓度不是恒定的，并且随着温度的升高而逐渐向更高的值移动。我们发现，共同取代可以增强单取代的影响超出预期的简单添加。此外，我们确定优先的氧离子迁移途径，这说明了取代基阳离子在确定氧离子迁移的能量障碍的电空间效应。对控制氧扩散系数和迁移能量的因素的这种基本见解将使得能够定义用于调节材料的离子性质的设计标准，例如，通过共掺杂。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling Surface Chemistry of irreversible reduction of iron oxides through the Time-Resolved APXPS and Chemometrics
University of Oulu（奥卢大学）；LAB University of Applied Sciences（拉普兰应用科学大学）
通过时间分辨APXPS与化学计量学技术研究铁氧化物还原过程的表面化学变化及动态。
2026-01-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Surface Chemistry and Electrical Properties of Germanium Nanowires
采用化学气相沉积法合成了掺杂p型和n型锗纳米线，并将其用于构建互补场效应晶体管。电输运和X射线光电子能谱学数据的相关性收集的影响Ge表面化学的GeNW的电特性。大滞后由于水分子强烈绑定到GeO2上的GeNWs被揭示。不同的氧化行为和滞后特性和相反的能带弯曲由于费米能级之间的Ge和表面氧化物的界面态的钉扎观察p型和n型锗纳米线。高于400 ℃的真空退火用于去除表面氧化物并消除GeNW FET中的滞后。高k介电HfO2薄膜生长在干净的GeNW表面原子层沉积（ALD）使用烷基酰胺前体是有效的作为第一层的表面钝化。最后，沿纳米线的径向方向的耗尽长度进行了评估。结果表明，表面效应可能占主导地位的小直径线的体积性能。
2004-07-08 cond-mat.mtrl-sci
The energetics of water on oxide surfaces by quantum Monte Carlo
密度泛函理论（DFT）在表面科学中得到了广泛的应用，但对氧化物表面过程的计算精度很差，而高水平的量子化学方法很难在不损失基组质量的情况下应用。我们认为，量子Monte Carlo技术可以克服这些困难，我们目前的扩散Monte Carlo结果的MgO（001）表面的形成能和H $_2$ O在这个表面上的吸附能，使用周期性板几何形状。计算结果与实验结果吻合较好。我们注意到其他氧化物表面的问题，这些技术可以立即取得进展。
2006-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Real-time observation of non-equilibrium liquid condensate confined at tensile crack tips in oxide glasses
由于裂纹在氧化物材料中以低裂纹速度的扩展部分地由化学腐蚀决定，因此正确了解裂纹尖端化学对于理解这些材料中的断裂至关重要。这样的知识只能从现场研究中获得，因为在裂纹尖端高度受限的环境中发生的过程与在自由表面发生的过程非常不同，或者可以追溯到死后。我们报告的发生之间的两个断裂面附近的拉伸裂纹的尖端在二氧化硅的含水液体冷凝物。在应力腐蚀状态下，通过原子力显微镜（AFM）以连续控制的裂纹速度进行实时观察。冷凝物的形成和变化的程度和形状被证明在不同的裂纹速度在很宽的宏观湿度范围。通过AFM相衬数据的研究证实了它的液体性质。据信，在裂纹尖端的纳米级液体含水相的这一证据将使新的见解，在氧化物材料的故障的化学。
2005-09-08 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput computational screening of small, eco-friendly, molecular crystals for sustainable piezoelectric materials
本研究构建了小型分子晶体及其DFT预测机电性能的CrystalDFT数据库，发现其中大量晶体具备本征纵向d33常数，为可持续压电材料的筛选提供了重要数据支撑。
2024-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
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
