非对称 SrTiO$_{3}$ 晶界的原子尺度研究

氧化物钙钛矿晶界（GB）显著影响其功能性质。这项研究利用扫描透射电子显微镜（STEM）、原子探针测绘（APT）和密度泛函理论（DFT）考察了钙钛矿结构的SrTiO$_3$中一个棱面化非对称晶界的原子尺度结构和成分。STEM和APT揭示了该晶界具有原子尖锐的边界，包含非对称和对称棱面，表现为小于1 nm宽度的强Sr贫化。STEM-EELS显示Ti浓度在棱面之间可达20%的变化，而APT将这一变化限制在小于10%。DFT+U对称${\Sigma}$5棱面的对称构型计算表明，Sr贫化可最小化边界能，同时维持Ti含量。Ti的变化表明阳离子可迁移，从而实现局部能量最小化。棱面表面能的差异可能驱动Ti的再分布，为控制GB结构提供策略。这种结合实验和理论的方法为理解SrTiO$_3$中GB的结构和能量景观提供了关键见解，助于预测其对离子和电子传输的影响。