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      研究人員通過第一原理計算改進(jìn)了有缺陷氧化物的描述
      
			
      
				2019-07-24 08:47:44
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      理解缺陷如何影響基態(tài)性質(zhì)，促進(jìn)相變或在一些強相關(guān)氧化物中實現(xiàn)全新的功能已經(jīng)成為設(shè)計和發(fā)現(xiàn)新型功能材料領(lǐng)域的主要關(guān)注的主題。SrMnO 3(SMO)是一個特別有趣的例子，但需要更好的表征。MARVEL研究人員現(xiàn)已開發(fā)出一種方法，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測與半導(dǎo)體或絕緣體中的間隙狀態(tài)相關(guān)的缺陷的能量。
      

      研究人員通過第一原理計算改進(jìn)了有缺陷氧化物的描述
      

      例如，一些鈣鈦礦氧化物已經(jīng)顯示出廣泛的技術(shù)相關(guān)的功能特性，例如可以通過應(yīng)變調(diào)節(jié)的鐵電性和磁性。然而，應(yīng)變也與缺陷化學(xué)相結(jié)合以確定材料的性質(zhì)。
      

      SrMnO 3(SMO)是一個特別有趣的例子，用于檢查由應(yīng)變，磁性順序，極性失真和氧空位的復(fù)雜相互作用產(chǎn)生的功能，這些是這些材料中普遍存在的缺陷。特別是，理論已經(jīng)預(yù)測SMO薄膜會隨著氧缺乏的增加而從反鐵磁薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁薄膜，這是最近的實驗研究所支持的。
      

      然而，這些先前的預(yù)測基于密度泛函理論(DFT)計算，其結(jié)合了基于化學(xué)計量的錳氧化物的電子和磁性的校正U. 雖然包含U-意味著糾正復(fù)雜氧化物中電子的自相互作用 - 在這些材料中是必要的，但基于化學(xué)計量材料特性的U的特定選擇可能導(dǎo)致在描述有缺陷的SMO-錳離子周圍的潛在缺點。缺陷有不同的協(xié)調(diào)環(huán)境。
      

      取決于缺陷電荷狀態(tài)，增加的問題涉及有缺陷的SMO中存在的多種氧化態(tài)的描述。氧空位的形成通常通過減少與空位相鄰的錳離子的氧化態(tài)(OS)來進(jìn)行電荷補償，因此可能不能通過相同的U適當(dāng)?shù)孛枋觥?/p>

      這就是伯爾尼大學(xué)博士后Chiara Ricca及其同事認(rèn)為，為了準(zhǔn)確描述有缺陷的SMO，必須考慮到氧化物中每個過渡金屬部位的局部結(jié)構(gòu)和化學(xué)影響。與Nicola Marzari的THEOS實驗室合作，該實驗室最近開發(fā)了一種基于密度泛函微擾理論(DFPT)的U參數(shù)計算方法，他們使用從第一原理計算的自洽的位置依賴U值來研究缺陷化學(xué)和SMO塊體和應(yīng)變薄膜的磁性能。
      

      “這兩個小組之間的密切合作，一個專注于方法開發(fā)，另一個專注于有缺陷的氧化物材料的應(yīng)用，是通過將這些不同的研究焦點統(tǒng)一在MARVEL保護(hù)傘下引發(fā)的”，伯爾尼大學(xué)的Ulrich Aschauer說，兩者之一參與工作的PI。
      

      結(jié)果表明，這種自洽U改善了化學(xué)計量SrMnO 3相對于其他方法的結(jié)構(gòu)，包括使用經(jīng)驗U的方法。對于有缺陷的系統(tǒng)，U隨過渡金屬位點距缺陷的距離而變化。 ，其氧化態(tài)，配位數(shù)和材料的磁相?？紤]到這種依賴性反過來影響計算的缺陷形成能量和預(yù)測的應(yīng)變和/或缺陷引起的磁相變，特別是當(dāng)在缺陷產(chǎn)生時占據(jù)的局部狀態(tài)出現(xiàn)在材料的帶隙中時。
      

      “我們相信這種方法可以更準(zhǔn)確地預(yù)測半導(dǎo)體或絕緣體中與間隙狀態(tài)相關(guān)的缺陷的能量，與標(biāo)準(zhǔn)DFT和可能的混合功能相比，計算成本明顯低于后者，”Ricca說過。“這要歸功于對缺陷引起的結(jié)構(gòu)和局部化學(xué)效應(yīng)的正確描述。”
      
			

			
        
      
			
      
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