Mg$_3$Bi$_2$ 中电子结构、缺陷能量学与镁动力学的第一性原理研究
材料科学
2018-07-31 v1
摘要
我们提出了对 MgBi 的全面第一性原理研究，这是一种具有高倍率容量的有前景的镁离子电池负极材料。通过结合的 DFT（PBE、HSE06）与 电子结构计算，我们发现 MgBi 很可能是一种小带隙半导体。基于 DFT 的缺陷形成能表明，镁空位可能在该材料中形成，且相对论自旋轨道耦合显著降低了缺陷形成能。我们展示了一种基于杂化本征矢量跟随方法的过渡态搜索方法论，可有效用于在全自旋轨道耦合包含的情况下搜索过渡态。通过此杂化本征矢量跟随方法发现的镁迁移势垒表明，自旋轨道耦合也降低了迁移势垒，将其降低到含自旋轨道耦合时的 0.34 eV。最后，将近期关于镁扩散的实验结果与 DFT 结果进行比较，显示出良好的一致性。本工作表明，空位缺陷以及计算中相对论自旋轨道耦合的引入对该材料中的镁扩散有深远影响。它也阐明了相对论自旋轨道耦合在研究类似电池体系（其中重元素起关键作用）中的重要性。
引用
@article{arxiv.1807.10856,
title = {An Ab Initio Investigation on the Electronic Structure, Defect Energetics, and Magnesium Kinetics in Mg$_3$Bi$_2$},
author = {Jeongjae Lee and Bartomeu Monserrat and Ieuan Seymour and Zigeng Liu and Sian Dutton and Clare Grey},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.10856},
year = {2018}
}