Ta2O5的ab initio相图

钽五氧化物（Ta2O5）是一种多态宽带隧 Semiconductor，具有出色的介电特性，广泛用于光学和电子技术。其丰富的结构多样性源于在不同合成条件下可获得的多种多态形态，使Ta2O5成为长期以来的研究热点。然而，对其在压力温度（P-T）空间中多态热力学稳定性和相变的统一理解始终未达成。本文利用first-principles计算，绘制了Ta2O5的热力学图景，建立了完整的P-T相图及相稳定性层级。我们发现Gamma-Ta2O5和B-Ta2O5在广泛的P-T条件下主导相图：Gamma-Ta2O5在低压下被稳定化，而B-Ta2O5在更高压（最高达约60 GPa）下成为热力学优先相，超出此范围后，Y-Ta2O5成为最稳定相。关键的是，核量子效应（NQEs）在决定相对相稳定性方面发挥重要作用，对Gibbs自由能贡献显著，并改变相边界。我们预测在约2 GPa处存在Gamma与B-Ta2O5之间的再入相变，揭示了该氧化物相行为的意外复杂性。更广泛地，我们识别出一个特征温度（T_0），其处于零点能和热力学声子贡献于自由能相当时刻，并显示T_0约为Debye温度的三分之一。这一关系为评估NQEs在相稳定性中的重要性提供了简单、物理透明的准则，其意义延伸至广泛的复杂氧化物类。