基于 DFT+U+V 的氧缺失 HfO$_2$ 的自洽 Hubbard 参数研究
材料科学
2026-01-06 v2
摘要
HfO 基体的铁电材料已涌现作为先进纳米电子器件的优选材料，其稳健的极化特性和与矿晶的兼容性使其成为高密度非易失存储器应用的理想材料。氧空位，特别是处于正电荷态时，被认为会显著影响 hafnia 的多态性动力学和相稳定性，从而影响其铁电行为。氧缺失 hafnia 多态物相的电子结构已广泛使用密度泛函理论进行研究，主要采用（半）局域交换-关联函数。然而，这些方法常常低估带隙，且可能不准确地捕捉 d 电子的局域性。在本工作中，我们使用 DFT + U + V 研究 various phases 的 hafnia，其中以谷物站 U 和电子站 V Hubbard 参数通过谷物混合 Hubbard 密度泛函 ACBN0 及其扩展版本 eACBN0 进行自洽计算。我们发现，自洽 DFT + U 方法在预测相对热力学稳定性、带隙和态密度方面，与计算更昂贵的 Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) 混合密度泛函相当。此外，这是一种估算氧空位形成能的 cost-effective 方法。此外，我们还展示了环境依赖的 Hubbard 参数作为分析实空间键强和电子结构的有用指示器。
引用
@article{arxiv.2409.01795,
title = {A DFT+$U$+$V$ study of pristine and oxygen-deficient HfO$_2$ with self-consistent Hubbard parameters},
author = {Yudi Yang and Wooil Yang and Young-Woo Son and Shi Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.01795},
year = {2026}
}