ThO2中相干Σ3晶界处的反常离子电导率
材料科学
2025-07-08 v1
摘要
理解沿晶界（GBs）的氧扩散对于控制氧化物陶瓷中的离子电导率至关重要。晶界通常被认为由于结构无序和自由体积增加而增强离子传输。在本研究中，我们报告了一个意外的反常现象：二氧化钍（ThO）中的晶界，尽管其结构紧凑且相干，却表现出显著高于更开放晶界（以为例）的氧离子电导率。通过基于机器学习原子间势的原子模拟，我们揭示了晶界中的高电导率源于一种涉及高度相关原子运动的集体扩散机制，类似于超离子态。相比之下，晶界遵循传统的管道扩散，与其更开放的结构一致。这一比较强调，晶界电导率的增强并非简单地与自由体积相关，而是可能源于能够实现集体传输的特定结构构型。这些发现为设计具有目标离子传输特性的晶界工程氧化物用于能源应用提供了新的指导。
关键词
引用
@article{arxiv.2507.04652,
title = {Anomalous Ionic Conductivity along the Coherent $\Sigma$3 Grain Boundary in ThO2},
author = {Miaomiao Jin and Jilang Miao and Marat Khafizov and Beihan Chen and Yongfeng Zhang and David H. Hurley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.04652},
year = {2025}
}