二氧化铈中关联电子态的极化子云

本文结合第一性原理单电子理论与多体物理研究氧化铈的电子结构，重点考察铈离子 4f 电子壳层的性质。我们提议将杂化函数作为衡量该材料 4f 壳层局域化程度的便捷指标，并观察到氧化态的改变与 4f 壳层和配体态之间杂化的显著变化相关。理论揭示 CeO$_2$ 具有本质上的巡游 4f 态，而在氧化程度最低的氧化铈形式 Ce$_2$O$_3$ 中，4f 态几乎（但未完全）局域化。最重要的是，我们的模型指出氧化铈中氧空位的扩散可视为极化子跳跃（polaron hopping），涉及一个关联的 4f 电子云，其主要位于空位周围铈离子的原子壳层上。