4f fine-structure levels as the dominant error in the electronic structures of binary lanthanide oxides
研究了镧系三氧化物（Ln_2 O_3，Ln=La. Lu）通过对DFT+U计算的U参数的双向交叉搜索来计算。将线性响应法中的4f壳层势微扰在给定固体的约束体积内重新表述。计算了它们的能带结构。这种方法在Ln-5d和O-2 p轨道之间产生了几乎恒定的光学跃迁带隙，其量级为5.3~ 5.5eV。这一结果证实了Ln_2 O_3能带结构计算的误差主要是由2 p-5d跃迁带隙中4f能级的预测误差所决定的，而4f能级的预测误差强烈地、非线性地依赖于Hubbard U. 4f轨道和哈伯德U之间的关系是非单调的，与3d或4d轨道的材料（如过渡金属氧化物）完全不同。这种新的线性响应DFT+U方法可以提供一个更简单的理解的电子结构的Ln 2 O 3，并能够快速检查的电子结构的镧系固体之前的混合功能或GW计算。
2015-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Synthesis and structure of new pyrochlore-type oxides Ln2ScNbO7 (Ln = Pr, Nd, Eu, Gd, Dy)
我们报告的合成和结构研究的混合氧化物在Ln 2ScNbO 7系列。得到了Ln = Pr，Eu，Gd和Dy的新相。所有的晶体在立方烧绿石结构类型，空间群F-d3 m，没有Sc-Nb有序的B-网站。结构由Rietveld精修确定。讨论了晶胞参数、原子间距离和原子间角度随镧系离子尺寸的变化规律。磁性测量表明，没有订购下降到2 K，在协议中存在的镧系元素亚晶格中的强烈的几何挫折。铕相表现出一种特殊的磁性行为，其磁化率在低于约50 K时变得恒定。此功能证实了以前观察到的行为Eu 2 Ti 2 O 7和归因于晶场效应。
2008-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Comparative analysis for meaningful interpretation of rare-earth oxide M$_{4,5}$ energy loss edges
稀土氧化物的磁性、电子和光学性质直接受金属阳离子的价态影响。随着新一代电子能量损失谱仪的发展，高能镧系元素精细结构的研究可以得到改善，从而达到定量分析的目的。不幸的是，稀土$4f$轨道电子的行为还没有得到很好的理解。为了建立镧系元素氧化物能量损失谱分析的最佳实践，我们对四种传统的白线分析方法进行了比较研究，这些方法扩展到镧系元素$M_{4,5}$边缘，这些边缘是使用Gatan的EELS Atlas数据从$3d \rightarrow 4f$轨道跃迁产生的。将${M_4}/{M_5}$光谱特征比作为$4f$占有率的函数进行检查。除了S $\text{m}^{3+}$和D $\text{y}^{3+}$之间的平台外，${M_4}/{M_5}$光谱特征比随着$4f$占用率的增加呈指数下降。$M_4$边缘最大强度一半处的全宽显示S $\text{m}^{3+}$至D $\text{y}^{3+}$的增宽。我们认为，平台的结果从$4f$轨道半填充，并解释通过费米黄金法则表示的电子跃迁概率和跃迁寿命之间的关系。在所描述的四种光谱分析方法中，只有积分面积法可以归属于定量物理解释。
2021-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Resolving Structural Transitions in Lanthanide High-Entropy Oxides
研究通过多尺度表征揭示了CeO2-LA2O3高熵氧化物的结构转变规律，并展示了如何通过控制合成条件来实现高熵氟石相的稳定化。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
New insights on the thermal decomposition of lanthanide(III) and actinide(III) oxalates: from neodymium and cerium to plutonium
镧系元素常被用作研究锕系化合物性质的替代物。它们的行为被认为是非常相似的，因为它们都具有f价电子，并且在尺寸和化学性质上接近。本研究探讨了潜在的使用两个镧系元素（钕和铈）作为替代品的钚在热分解的同晶草酸盐化合物，在三价氧化态，成氧化物。因此，在氧化和惰性气氛下，钕，铈和钚（III）的重铬酸盐的热分解研究了几个耦合热分析（TG-DTA/DSC-MS/FT-IR）和补充表征技术（XRD，UV-vis，FT-IR，SEM，碳分析仪）。在这项研究中确定的热分解机制证实了文献中报道的一些以前的结果，在不同的命题，同时也阐明了一些原来的机制没有考虑。计算的热力学和动力学参数的研究系统在这两种气氛下的报告，并与现有的文献数据进行比较。钚（III）和镧系元素（III）的氧化物的热行为之间的异同进行了概述。
2014-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Configurational electronic entropy and the phase diagram of mixed-valence oxides: the case of Li$_x$FePO$_4$
我们证明了在{ \it ab initio}材料热力学中，先前被忽略的构型电子熵可以定性地改变混合价氧化物的有限温度相稳定性。虽然从低T有序或不混溶状态的转变几乎总是由构型无序（即，由多个物种随机占据晶格位置）驱动，但在FePO $_4$ -LiFePO $_4$中，固溶体的形成几乎完全由电子而不是离子构型熵驱动。我们认为，这样的电子熵机制可能是相关的大多数其他混合价系统。
2006-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Resolving the Valence of Iron Oxides by Resonant Photoemission Spectroscopy
本研究利用共振光电子能谱直接量化Pt支撑单层FeO2相中铁的价态，发现其由Fe2+和Fe3+等量混合形成+2.5平均价态，而非DFT预测的+3价，并揭示其结构源自Fe3O4亚晶格。
2024-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic fingerprints of valence and spin states in manganese oxides and fluorides
我们对各种锰氧化物和氟化物的软X射线吸收光谱进行了系统的研究。Mn的L-边和配体（O和F）的K-边，并相互比较。尽管不同体系的晶体结构和共价/离子性质不同，但Mn-L光谱通过光谱线形和能量位置一致而明显地指纹化Mn的价态和自旋态。在我们的高分辨率光谱中，清晰的O-和F-K前边缘特征使得能够定量定义具有不同Mn价态的分子轨道图。此外，O-1 s核电子的结合能差导致三价和四价锰氧化物的O-K前沿发生了小的位移，而二价和三价锰氧化物的O-K前沿发生了明显的位移，且位移的能量要大一个数量级，这归因于半填充3d体系的自旋交换稳定性.在离子氟化物体系中，这种位移大大增强。这为进一步研究复杂锰化合物提供了光谱基础。
2012-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Valence Transition in a Strain-Tuned Perovskite Oxide
钴氧化物长期以来一直被理解为显示有趣的现象称为自旋态交叉，其中钴离子自旋变化与温度，压力等一个非常不同的情况是最近发现在含镨的钴氧化物，其中一阶耦合自旋态/结构/金属绝缘体转变发生，由一个显着的praseodymium价态转变驱动。这种价态转变，特别是当触发自旋态和金属-绝缘体转变时，提供了非常吸引人的功能，但迄今为止在体材料（例如，Pr 1-xCaxCoO 3中的90 K）。在这里，我们表明，在复合钙钛矿（Pr 1-yYy）1-xCaxCoO 3-δ的薄膜中，异质外延应变调谐使得价驱动的自旋态/结构/金属-绝缘体转变稳定到至少291 K，即，在室温左右这一结果的技术影响是伴随着基本的前景，作为完整的应变控制的电子基态被证明，从铁磁金属在张力下的绝缘体在压缩，从而暴露出一个潜在的新的量子临界点。
2022-06-09 cond-mat.mtrl-sci
High-Entropy Oxides Based on Valence Combinations: Design and Practice
高熵氧化物（HEO）是一类具有广泛应用前景的新型材料。设计HEO需要考虑几何兼容性和电气平衡。然而，目前还没有可用的方法来系统地考虑这两个因素时，选择组成材料，使高能量氧化物。在这里，我们提出了一个两步的策略，其中HEO系统被探索的第一个分区成多个子系统的基础上取代阳离子的价组合，然后考虑在选择合适的取代阳离子的几何相容性。我们通过使用A（5B0.2）O3钙钛矿作为模型系统来证明这种策略。我们发现，该系统可以分为12个子系统。其中十个子系统形成了单相立方钙钛矿，而两个子系统具有部分有序结构。单相的形成主要与Goldschleman容限因子有关，而有序结构的形成主要与阳离子价差有关。我们预计，这一战略是适用于探索HEO在其他系统。
2020-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the coupling between strain and cation valence in high entropy oxide thin films using electron microscopy
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；AtomQ
本研究通过先进的S/TEM技术，探讨了基底温度对高熵氧化物薄膜中应变和结构的影响，揭示了相同组成下应变变化与Co价态之间的关系，为通过应变和价态控制优化功能性质提供了框架。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of valence electrons on the core level x-ray photoelectron spectra of niobium oxide thin films prepared by molecular beam epitaxy
本文通过分析分子束外延制备的NbOx薄膜的Nb 3d XPS谱图，发现靠近费米能级的价带电子在芯穴-电子耦合作用下会产生卫星峰，澄清了该峰常被误认为源于其他氧化态的问题。
2024-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Mixed valency in cerium oxide crystallographic phases: Determination of valence of the different cerium sites by the bond valence method
我们已经应用键价法的铈氧化物，以确定在不同的网站对称性的晶体的Ce离子的氧化态。所研究的晶体包括二氧化铈和两个倍半氧化物以及一些选定的中间相，这些中间相在晶体学上具有良好的特征。我们的研究结果表明，二氧化铈具有混合价态基态，Ce位上的f电子布居数为0.27，而A-和C-倍半氧化物都具有几乎纯的f^1构型。大多数中间氧化物中的Ce位具有非整数价。此外，这些化合价中的许多与从化合物的化学计量价的天真考虑预测的值不同。
2008-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A new generation of effective core potentials: selected Lanthanides and heavy elements
本文为Y、Zr、Nb、Rh、Ta、Re、Pt、Gd、Tb等重元素和f区元素构建了新一代关联一致有效芯势，通过耦合簇方法和芯-价划分策略兼顾精度、价空间大小与可转移性，并适用于平面波计算。
2023-09-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Valence state and lattice incorporation of Ni in Zn/Co-based magnetic oxides
研究了Ni在Zn/Co基磁性氧化物中的掺入，以阐明其价态和晶格掺入。由此产生的结构和磁性能进行了详细研究。一方面，Ni通过内扩散以及反应磁控共溅射结合在纤锌矿ZnO中，其中只有Ni扩散的ZnO表现出显著的导电性。这是由Ni和Co共掺杂的ZnO主导的补充。另一方面，ZnCo $_2$ O $_4$尖晶石共掺杂有不同量的Ni。在纤锌矿氧化物中，仅在四面体晶格位点上发现Ni以其正式2+氧化态作为深施主。它表现为各向异性顺磁体，Ni的固溶度为10%左右，由于磁矩较小，反铁磁耦合导致Co的磁矩部分失补偿。在尖晶石镍被发现被纳入在其正式的3+氧化态的八面体网站和反铁磁性耦合到Co的时刻再次导致磁补偿，否则反铁磁性ZnCo $_2$ O $_4$尖晶石和亚铁磁性在较高的镍浓度。增加Ni甚至进一步导致立方NiO的相分离，从而导致交换偏置的复合磁性氧化物。
2022-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-small (r<2 nm), stable (>1 year), mixed valence copper oxide quantum dots with anomalous band gap
超小（r<2 nm）半导体量子点（QD）由于其可调的电子结构和带隙以及大的比表面积而在从染料敏化太阳能电池到传感器的应用中引起了人们的关注。然而，获得单分散QD和在该尺寸范围内的稳定化仍然是一个挑战。最近的一份关于氧化物系统消化成熟的报告显示，在解决量子点的这些要求方面有很大的希望。在这项工作中，我们报告了一个绿色的解决方案，软化学（chimie douce）的方法来合成准球形，超小，稳定，单分散的氧化铜量子点（r<2 nm）的基础上消化成熟（DR）。可以注意到，这仅是迄今为止报道DR的第二过渡金属氧化物体系。DR涉及在表面活性剂（例如三乙醇胺（TEA））存在下多分散的胶体纳米颗粒的分散，这导致相当单分散的纳米颗粒。已经注意到，用TEA封端导致平均粒径从6 +/-4nm减小到2.4 +/-0.5nm，并且ζ电位（ζ）从+12 +/-2mV增加到+31 +/-2mV。这些氧化铜QD是单分散的（尺寸~ 2.4 +/-0.5nm），并且稳定（>1年）。此外，这些量子点显示出带隙（5.3 eV）的异常增加，这是用Brus方程无法解释的。XPS分析表明，Cu以混合价态存在于材料中。根据我们的观察，我们认为，在氧化铜，这似乎是实质性的在这些长度尺度，是负责观察到的异常带隙。
2017-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Valence band electronic structure evolution of graphene oxide upon thermal annealing for optoelectronics
报道了氧化石墨烯（GO）热还原过程中的价带电子结构演化。氧官能化的程度由退火温度控制，并使用实时紫外光电子能谱学监测电子结构演变。在~600 ℃的热退火条件下，我们观察到费米能级附近的态密度急剧增加。结果表明，虽然在热还原之前GO存在明显的带隙，但在该温度附近退火后，该带隙关闭。这种带隙闭合的趋势与电学、化学和结构性质相关，以确定一组对于光电子学最佳的GO材料性质。结果表明，在约500 ° C的温度下退火导致所需的性质，这通过与合成的对应物相比单个GO片的均匀和一个数量级的增强光电流图来证明。
2016-05-03 cond-mat.mtrl-sci
First-order ferromagnetic transitions of lanthanide local moments in divalent compounds: An itinerant electron positive feedback mechanism and Fermi surface topological change
围绕不连续（一阶）磁相变，材料对小场应用的强热响应被广泛研究，以发展固态制冷。通常，强磁结构耦合驱动这样的转变，并且伴随的显著滞后显著地降低冷却性能。在这种情况下，我们描述了一个纯粹的电子机制，飞行员的一阶顺磁-铁磁过渡的二价镧系化合物，并解释了巨大的非滞后磁热效应最近发现的Eu $_2$在化合物。巡游价电子的磁性与局域$f$ -电子磁矩的铁磁有序性之间存在正反馈，表现为费米面的拓扑变化。这种电子机制的起源直接源于Eu的二价性，这解释了Gd $_2$ In中没有类似的不连续跃迁。
2020-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic and Structural Properties of Lanthanide-Doped MoS$_2$: Impact of Ionic Size and Orbital Configuration Mismatch
本研究通过DFT计算探究镧系掺杂MoS$_2$的性质，发现S空位可缓解尺寸失配应变，Er掺杂MoS$_2$有望实现红外发射，为可调谐单光子发射器设计提供策略。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Achieving fast oxygen diffusion in perovskites by cation ordering
研究了半掺杂锰、钴钙钛矿氧化物的氧交换行为。我们已经发现，在Gd_{0.5} Ba_{0.5} MnO_{3-δ}中的氧扩散率可以通过在A位亚晶格中诱导镧系元素和碱土金属离子之间的晶体学有序化而提高几个数量级。简单的立方钙钛矿，随机占据的A-位，到层状晶体GdBaMn_2 O_{5+x}（或同构的GdBaCo_2 O_{5+x}钴氧化物）与交替镧系元素和碱土金属平面的转变，降低了氧键合强度，并提供无障碍通道的离子运动，指向一个有效的方法来设计新的离子导体。
2005-01-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Valence-electron transfer and a metal-insulator transition in a strongly correlated perovskite oxide
我们提出了四重钙钛矿MCu 3（Ti 1-xRux）4 O 12（0 < x < 1）的输运和热数据。金属-绝缘体转变（MIT）在Ru浓度x~0.75时发生。同时，Ru破坏了Cu ~（2+）的反铁磁态，并以1：1的比例抑制了Cu ~（2+）的磁熵。这意味着每个Ru将电子转移到Cu离子，因此MIT与填充Cu 3d壳层相关。这种强关联电子材料中的Cu自旋熵为MIT系统提供了一个独特的探针。
2004-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Non-stoichiometric and Subnano-heterogeneous Ln-incorporated UO2: its defect chemistry and thermal oxidation
该研究通过控制Ce、Nd、Gd掺杂类型及还原条件，揭示Ln掺杂UO2的非平衡缺陷结构与热氧化产物，并提出解释其抗氧化性的动力学模型和热力学假说。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Intermediate-valence behavior of the transition-metal oxide CaCu$_3$Ru$_4$O$_{12}$
具有钙钛矿型结构的过渡金属氧化物CaCu $_3$ Ru $_4$ O $_{12}$显示出中间价体系的特征性质。温度依赖的磁化率在$150 - 160$ K附近表现出一个宽的最大值。在此温度下，中子粉末衍射揭示了一个小但显着的体积变化，从而保持晶体结构。此外，随温度变化的电阻率改变其斜率。核磁共振骑士位移测量Ru揭示了一个交叉--在高温下的本地化的时刻到巡回带态的顺磁行为在低温下。附加的密度泛函理论计算可以将结构异常与$d$ -电子数联系起来。不同的实验和计算方法的结果在一个相互一致的描述CaCu $_3$ Ru $_4$ O $_{12}$作为一个中间价系统在经典意义上具有低能量电荷波动。
2009-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
An atomically efficient, highly stable and redox active Ce0.5Tb0.5Ox (3% mol.)/MgO catalyst for total oxidation of methane
本文报道了一种低镧系负载量的Ce0.5Tb0.5Ox (3% mol.)/MgO催化剂，通过原子级Ce-Tb混合纳米结构及与MgO的相互作用，在甲烷完全氧化中实现了高活性、高储氧能力和优异的高温稳定性。
2024-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Determination of conduction and valence band electronic structure of LaTiOxNy thin film
氮取代到几种氧化物材料的氧位点导致带隙减小到可见光能量范围，这使得这些氮氧化物半导体成为有效的太阳能水分解的潜在光催化剂。氮氧化物通常显示出与原始氧化物材料不同的晶体结构。由于带隙与化学组成和晶体结构都相关，因此区分由氮取代引起的电子结构的哪些改变与组成和/或结构效应相关并不是微不足道的。在这里，X-射线发射和吸收光谱是用来调查的正交钙钛矿LaTiOxNy薄膜的电子结构相比，具有类似的正交结构和阳离子氧化态的原始氧化物LaTiOx的膜。实验和理论表明，由于氮的掺入，价带最大值的能量的预期上移降低了带隙。但这项研究也表明，通常被认为几乎不受氮取代影响的导带最小值在能量上发生了显著的下移。为了合理设计氮氧化物光催化剂，必须考虑到观察到的未占据和占据电子态的变化，以证明由氮掺入引起的总带隙变窄。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles theoretical evaluation of crystalline zirconia and hafnia as gate oxides for Si microelectronics
通过对硅（001）上块状和薄膜氧化物的能量学、介电性质和能带排列的从头计算，估算了晶体氧化物ZrO_2和HfO_2作为纳米硅电子学中栅绝缘体的性能参数。由于它们的介电常数大，稳定和低形成能界面，大的价偏移，和合理的（虽然不是最佳的）传导偏移（电子注入势垒），氧化锆和氧化铈似乎有相当大的潜力作为硅电子的栅极氧化物。
2002-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Charge ordering in oxides : a conundrum solved by resonant diffraction
我们表明，在混合价3d过渡金属氧化物进行结构转变，低温相的结果从一个有效的有序的电荷。这种安排和原子电荷的定量评价确定通过使用共振X射线散射实验进一步分析的帮助下，从头计算相应的散射因子。我们发现，这种重组只涉及一小部分电子，而且对协调所有的实验数据是必要的。
2003-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Imaging microscopic electronic contrasts at the interface of single-layer WS$_2$ with oxide and boron nitride substrates
基于二维材料的器件的电子性质受到与衬底和电极材料的相互作用的显著影响。在这里，我们使用光电子发射电子显微镜调查的实和动量空间电子结构的电接触单层WS $_2$堆叠在hBN，SiO $_2$和TiO $_2$基板。使用功函数和X射线吸收成像，我们挑选出清洁的微观区域的每种界面类型和收集的价带色散。我们推断的电子带隙和电子亲和势的对齐从测量的价带偏移WS $_2$和三个基板材料使用一个简单的电子亲和规则和讨论的影响垂直能带结构工程使用混合的三维和二维材料。
2019-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Jahn-Teller Distortion-Driven Lattice Parameter Tunability in Coherent High-Entropy Oxide Thin Films
Department of Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系）
本研究通过制备不同Cu含量的MgCoNiCuZnO高熵氧化物薄膜，发现Cu驱动的Jahn-Teller畸变与Co价态变化共同控制晶格参数，且Cu畸变是与Co价态同等重要的结构调控参数。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Valence fluctuation in Ce$_{2}$Co$_{3}$Ge$_{5}$ and crystal field effect in Pr$_{2}$Co$_{3}$Ge$_{5}$
制备了三元稀土锗化物R $_{2}$ Co $_{3}$ Ge $_{5}$（R = La，Ce，Pr）多晶样品，并通过磁化率、等温磁化强度、电阻率和比热等测试方法进行了研究。这些化合物均为正交晶系U $_{2}$ Co $_{3}$ Si $_{5}$结构（空间群\textit{Ibam}）。在这些化合物中，没有观察到磁性或超导转变的证据，直到2K。Ce $_{2}$ Co $_{3}$ Ge $_{5}$的晶胞体积偏离预期的镧系收缩，表明该化合物中Ce离子的非三价态。与三价Ce离子的预期值相比，有效矩的减小值（$μ_{eff}$ $\approx$ 0.95 $μ_{B}$）进一步支持Ce $_{2}$ Co $_{3}$ Ge $_{5}$中Ce的价态波动性质。磁化率随温度的变化与离子组态间涨落（ICF）模型一致。Pr $_{2}$ Co $_{3}$ Ge $_{5}$的比热的磁性部分虽然没有明显的相变异常，但观察到一个宽的Schottky型异常。对$C_{mag}$数据的分析表明，Pr $_{2}$ Co $_{3}$ Ge $_{5}$中的单重基态与单重第一激发态的分离度为22 K，而在73 K处为双重第二激发态。
2009-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Photocatalytic Carbon Dioxide Methanation by High-Entropy Oxides: Significance of Work Function
本研究针对光催化CO₂甲烷化选择性低的难题，设计合成含d0+d10杂化轨道构型的高熵氧化物催化剂，证实d10元素添加及提高其功函数可提升甲烷化选择性，实现超50%的选择性，为新型甲烷化催化剂设计提供新思路。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci
p-Type Zinc Oxide Spinels: Application to Transparent Conductors and Spintronics
我们报告的电子和光学性质的两个理论上预测的稳定的尖晶石化合物的形式ZnB 2 O 4，其中B = Ni或Cu;没有化合物之前已经合成，所以我们比较他们以前研究的p型ZnCo 2 O 4尖晶石。这些新材料表现出自旋极化，这是理想的自旋电子学应用，和广泛的电导率最大值附近的价带边缘，促进p型掺杂。我们发现，八面体配位的Zn原子上的3d电子深入价带内，对材料的电子结构没有显著贡献，而O 2 p和四面体配位的B 3d电子在浅价态中广泛杂化，导致曲率增加（即，降低的电子有效质量）的带边附近的价带。特别地，ZnCu 2 O 4在价带边缘附近表现出高电导率，在σ = 2 × 10^4 S/cm时，是ZnCo 2 O 4（这类材料中先前合成的化合物）的最大值的两倍。这种材料在其所有最稳定的结构中也表现出铁磁性，这使其成为进一步研究稀磁半导体的良好候选者。
2013-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Bond-Strength-Based Understanding of Oxygen Vacancy Migration Barriers in Rutile Oxides
Inha University（仁荷大学）
本文通过结合DFT和键价模型，分析了rutile型3d过渡金属二氧化物中氧空位迁移势垒（E_B）的键强性贡献，提出基于S_c和S_i的平均值可有效估计DFT计算的E_B。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and ionicity of actinide oxides from first principles calculations
采用第一性原理计算，在自相互作用修正局域自旋密度（SIC-LSD）近似下，计算了锕系氧化物AO，A2 O3和AO 2（A=U，Np，Pu，Am，Cm，Bk，Cf）的基态电子结构.重点放在f-电子局域化的程度，这对于AO 2和A2 O3被发现遵循化学计量，即对应于A（4+）离子的二氧化物和A（3+）离子的倍半氧化物。相比之下，A（2+）离子构型在一氧化物中是不利的，因此变成金属。讨论了锕系元素二氧化物氧化还原的能量学，发现从Np开始，二氧化物是锕系元素最稳定的氧化物。我们的研究揭示了一个强有力的联系之间的优先氧化数和程度的本地化，这是通过比较相应的镧系氧化物的基态配置确认。锕系氧化物的离子性质来自于这样的事实，即只有那些化合物将形成，其中计算的基态价与从简单电荷计数预期的标称价一致。
2009-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Growth control of the oxidation state in vanadium oxide thin films
钒氧化物薄膜中钒的化学价态或氧化态的精确控制不仅对于基础研究是高度期望的，而且对于利用源自接近室温的金属-绝缘体转变（MIT）的物理性质的细微变化的技术应用也是高度期望的。然而，由于钒的多价性质以及对氧化态的生长控制缺乏良好的理解，具有单一氧化态的相纯钒氧化物的稳定化极具挑战性。在此，我们系统地改变了生长条件，以清楚地绘制出脉冲激光沉积制备纯相外延钒氧化物的生长窗口，为生长具有明确氧化态V2（+3 O3）、V（+4 O2）和V2（+5 O 5）的高质量薄膜提供指导。一个很明显的MIT只观察到在一个非常窄的氧分压P（O2）的范围内生长的VO 2薄膜。在较低（< 10 mTorr）或较高P（O2）（> 25 mTorr）下生长的膜分别导致V2 O3和V2 O 5相，从而抑制两种情况下的MIT。我们还发现，在MIT的VO 2薄膜之前和之后的电阻率比可以进一步提高一个数量级时，通过在良好控制的氧化环境中进行后退火，进一步氧化的膜。该结果表明，将钒稳定为单价态必须与生长态薄膜的不充分氧化妥协，因此，需要后续氧化以改善MIT行为。
2014-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Probing single unit-cell resolved electronic structure modulations in oxide superlattices with standing-wave photoemission
控制复合氧化物界面的结构耦合是一个强大的平台，用于创建具有大量无法获得的电子和磁性的新的多层膜。然而，随着设计和控制这种埋层和界面的电子结构的能力，在单位单元水平上，一个新的挑战出现，能够探测这些工程涌现的现象与深度相关的原子分辨率以及元素和轨道选择性。在这里，我们利用核心水平和价带软x射线驻波光电发射光谱的组合，结合扫描透射电子显微镜，以探测等价锰氧化物超晶格[Eu 0.7Sr 0.3MnO 3/La 0.7Sr 0.3MnO 3] x 15的深度依赖性和单晶胞分辨电子结构，其中电子-通过设计的氧八面体旋转/倾斜和A位位移，结构性质被有意地随深度调节。我们的晶胞分辨测量揭示了局部化学和电子价带态的显着转变，这与层分辨第一性原理理论计算一致，从而为未来各种异质工程材料系统的深度分辨研究打开了大门。
2019-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Giant Magnetoresistance Effect in the Metal-Insulator Transition of Pyrochlore Oxide Nd2Ir2O7
研究了烧绿石氧化物Nd_2 Ir_2 O_7的磁电阻（MR）效应，其在T_MI =33 K时表现出金属-绝缘体转变。在高于T_MI的金属态下观察到较小的正MR效应，而在低于T_MI的绝缘态下观察到较大的负MR效应。在1 K和9 T的磁场下，磁电阻效应超过3000%。其结果是，我们证实了在高达56 T的电场中从绝缘状态到具有小带隙或部分带隙的状态的交叉。此外，从Eu_2 Ir_2 O_7（T_MI = 120 K）和Gd $_2$ Ir $_2$ O $_7$（T_MI = 127 K）的磁共振效应中，我们发现烧绿石铱酸盐Ln_2 Ir_2 O_7的大的负磁共振效应依赖于镧系元素Ln^{3+}离子的磁性。d-f相互作用在绝缘态的大的负MR效应中起着重要的作用。
2013-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unexpected 3+ valence of iron in FeO$_2$, a geologically important material lying "in between" oxides and peroxides
黄铁矿FeO $_2$是地球下地幔的重要组成部分，特别是可能作为地球内部的额外水源，它的发现为地球物理学和地球化学开辟了新的前景，但从物理学的观点来看，它也是一种非常有趣的物质。我们发现，与天真的期望相反，Fe在该材料中接近3+，这强烈影响其磁性，并使其与众所周知的硫化物类似物FeS $_2$在性质上不同。掺杂，这是最有可能发生在地球的地幔，使FeO $_2$更具磁性。此外，我们表明，独特的电子结构的地方FeO $_2$“之间”的通常的二氧化物和过氧化物，使这个系统有趣的物理和固态化学。
2017-10-02 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry protected 1D chains in mixed-valence iron oxides
在过去十年的高压研究中，发现了一系列全新的铁氧化物，如Fe $_4$ O $_5$、Fe $_5$ O $_6$、Fe $_7$ O $_9$等，其特征在于紧密相关的结构，具有嵌入在八面体板之间的三角棱镜的一维（1D）链的阵列。在这里，我们开发了一个统一的方法，该系列基于一个特定的晶体生成机制，预测这些氧化物的结构，并自然地将它们分类的板周期。当包括磁相互作用，我们表明，1D链有一个对称的保护，防止磁扰动的铁离子在板，和板的大小决定的类型的磁序，这是铁磁或反铁磁。动力学平均场论计算揭示了铁离子的轨道选择性Mott态和低维行为的趋势，特别是沿一维链的增强。在整个系列中，链的去耦增加，因此，由于板的固有电荷排序，这些结构有可能允许实验实现耦合的1D线的模型系统。我们指出的可能性，以稳定这些化合物的薄膜形式，连同广泛的可能的离子取代和事实，这些化合物在环境压力下是可回收的，使它们成为一个非常有前途的平台，工程物理系统与有趣的磁输运现象，证实了最近发现的量子霍尔效应在ZrTe $_5$。
2022-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Formation of yttrium oxalate phase filled by carbon clusters on the surface of yttrium oxide films
本文通过碳离子注入在立方Y2O3薄膜表面形成了空腔填充碳团簇的稳定草酸钇结构，厚度约10 nm，且不改变基体晶体结构，为调控光学性质和提升生物相容性提供了新途径。
2024-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Instability of Amorphous Oxide Semiconductors via Carrier-Mediated Structural Transition between Disorder and Peroxide State
在非晶氧化物半导体中，占据价带尾态的受激空穴诱导形成亚稳态O $_2^{2-}$过氧化物缺陷。价带尾态至少部分由O-O ppσ* 分子轨道表征，局域空穴介导的晶格不稳定性导致过氧化物缺陷的形成。随着O-O键的形成，ppσ* 态被提升到导带，两个电子相应地被掺杂到电子基态。从O $_2^{2-}$过氧化态到正常无序态的能垒在混合密度泛函理论中被发现是0.97 eV。空穴介导的形成的亚稳定的过氧化物缺陷和它们的亚稳定性被认为是在非晶氧化物半导体中的负偏压和/或光照应力不稳定性的起源。
2011-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
The inequivalent substitution on Ca site of cubic CaTiO3 perovskite for transparent conductive oxides from USPEX and DFT
通用结构预测器USPEX基于遗传进化算法，辅助探索不同浓度下Na+取代Ca 2+的最稳定结构，适用于p型透明导电氧化物应用。研究发现，NaCa的2个原子保持八面体堆积和立方相，没有氧空位的存在，但费米能级的电子损失导致进入价带，实现p型TCO的特征。而另一些则由于氧空位的补偿而保持绝缘体特性。用Al ~（3+）取代Ca ~（2+），使费米能级进入n型TCO的导带，具有四方相的对称性。计算了p型Ca_（0.75）Na_（0.25）TiO_3和n型Ca_（0.75）Al_（0.25）TiO_3的输运性质，发现p型Ca_（0.75）Na_（0.25）TiO_3由于其边缘的弯曲，迁移率更高。
2019-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Structure and stability of 7:3 rare earth oxide-phosphates: a combined ab initio and experimental study
本研究结合从头算与实验解析了7:3稀土氧化物-磷酸盐（RE7O6(PO4)3）的同型单斜结构，验证了轻稀土物相的高温熵稳定机制及重稀土难合成的规律。
2025-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Ionic Diffusion Properties of Rare-Earth High-Entropy Oxides from a Machine-Learned Interatomic Potential
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究利用CHGNet机器学习原子间势驱动分子动力学模拟，探究铈基稀土高熵氧化物中氧扩散。通过对三种CHGNet变体基准测试，揭示氧传输受空位浓度和阳离子环境影响，明确成分调整增强氧离子电导率的途径。
2026-07-27 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
Improved electronic structure and magnetic exchange interactions in transition metal oxides
讨论了Agapito Curtarolo和Buongiorno Nardelli（ACBN 0）赝杂化Hubbard密度泛函在几种过渡金属氧化物中的应用。ACBN 0是传统DFT+ $U$和混合精确交换方法的快速、准确和无参数的替代方法。在ACBN 0中，DFT+ $U$的Hubbard能量是通过直接计算局部库仑积分和交换积分来计算的，其中裸库仑势的屏蔽是通过密度矩阵的重整化来计算的。我们证明了成功的ACBN 0方法的电子性能的一系列技术相关的单氧化物（MnO，CoO，NiO，FeO，在平衡和压力下）。我们还提出了两个混合价化合物，Co $_3$ O $_4$和Mn $_3$ O $_4$的结果。我们的结果，在一个标准的LDA/PBE计算的计算成本，是在很好的协议与混合泛函，GW近似和实验测量。
2017-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Inverted orbital polarization in strained correlated oxide films
通过外延应变操纵价电子的轨道占据以诱导新的功能性质需要考虑局部成键环境的变化如何影响费米能级处的能带结构。利用同步辐射测量相关氧化物CaFeO 3外延应变膜的X射线线性二向色性，证明了Fe价电子的轨道极化与传统的理解相反。虽然铁的3d轨道的能量有序的多重态配体场论分析证实与以前报道的应变诱导行为是一致的，我们发现，名义上较高的能量轨道是更多的人口比低。我们归因于这种倒置的轨道极化的各向异性带宽响应的应变在化合物中几乎充满带。这些发现提供了一个重要的反例，应变诱导的轨道极化的传统理解，并揭示了一种新的方法，工程师，否则无法实现的相关氧化物的轨道职业。
2018-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Limitations of the DFT-1/2 method for covalent semiconductors and transition-metal oxides
密度泛函理论中的DFT-1/2方法[L. G. Ferreira等人，Phys.Rev.B78，125116（2008）]旨在以半局部计算的计算成本提供精确的带隙。该方法已在大量情况下显示出前景，然而，最近已指出其在如何将其应用于共价半导体方面的一些限制或模糊性[K. H. Xue等人，Comput. Mater. Science 153，493（2018）]。在这项工作中，我们详细研究了DFT-1/2方法的一些问题，重点是两类材料：共价键合的半导体和过渡金属氧化物。我们认为，在应用DFT-1/2对这些材料的谨慎，并得到一个改善的带隙的条件是在价带最大值和导带最小值的轨道的空间分离。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Nickel oxide-based heterostructures with large band offsets
我们目前的研究结果的异质结构的基础上的p型氧化镍（NiO）与n型氧化物半导体氧化锌（ZnO）和氧化镉（CdO）的电子输运。NiO是应用于（光）电子器件的理想候选物。然而，由于其小的电子亲和势，异质结与大多数n型氧化物半导体表现出导电和价带偏移在异质界面超过1 eV。ZnO/NiO结表现出所谓的II型能带排列，使得电子-空穴复合成为电流可以垂直流过该结构的唯一过程。然而，这些异质结显示出在有效的光电子器件中具有实际用途，如在此通过我们的UV转换透明太阳能电池所例示的。这些器件尽管具有高转换效率，但存在两个连接到II型界面的光激活复合通道，我们在这里更详细地识别和分析其中之一。此外，CdO/NiO接触进行了研究-异质结构，甚至更大的带偏移，从而实现III型带对齐。这种情况在理论上使一个2维电子系统的拓扑保护状态组成的发展。我们目前的实验表明，CdO/NiO异质结构确实主机的导电层，在这两种材料中不存在时，分别研究。
2019-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Chemical state detection and charge transfer in complex oxide heterostructures via in situ Auger Electron Spectroscopy
University of Southern California（南加州大学）
本研究通过原位Auger电子能谱技术，实现了对复杂氧化物异质结构中氧化状态和电荷转移过程的高精度检测，为界面化学的监控与控制提供了新的方法。
2025-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Thin Film Growth Effects on Electrical Conductivity in Entropy Stabilized Oxides
熵稳定化作为一种新的材料设计方法受到了广泛的关注。这一领域的大部分工作都集中在块体陶瓷加工上，而熵稳定薄膜的研究相对较少。多晶（Mg $_{0.2}$ Co $_{0.2}$ Ni $_{0.2}$ Cu $_{0.2}$ Zn $_{0.2}$）O薄膜通过脉冲激光沉积（PLD）沉积的广泛的多变量调查后，在这里示出，衬底温度和沉积压力对膜织构和晶格参数具有强烈的和可重复的影响。进一步的分析表明，在较低温度和较低氧室压力下沉积的膜的导电性比在较高温度和压力下生长的其他相同膜高$\sim$ 40倍。这种电子电导率被假设为是由过渡金属价态变化介导的极化子跳跃的结果，该过渡金属价态变化补偿了氧的非化学计量。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Interplay among Work Function, electronic structure and stoichiometry in nanostructured vanadium oxides films
功函数是在涉及界面处的电荷交换机制的许多技术应用中最感兴趣的参数。因此，生产具有受控功函数的样品的可能性特别有趣，尽管具有挑战性。我们合成了纳米结构的钒氧化物薄膜，通过室温超音速簇束沉积方法，获得的样品具有可调的化学计量比和功函数（3.7-7 eV）。我们提出了一个调查的几个钒氧化物薄膜的电子结构作为氧含量的函数，通过原位俄歇，价带光电子能谱和功函数测量。实验探测了部分3d态密度，突出了影响3d占据的强V3 d-O2 p和V3 d-V4s杂化的存在。我们展示了控制样品的化学计量如何意味着对功函数的控制，并且可以利用纳米级量子限制来增加样品相对于体模拟物的功函数。一般来说，功函数、电子结构和化学计量之间的相互作用的知识对于将纳米结构氧化物与其目标应用相匹配是战略性的。
2020-01-14 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
