Co 取代的 BiFeO3：基于第一性原理的电子、铁电与热力学性质
材料科学
2022-08-05 v2 化学物理
计算物理
摘要
铁酸铋 BiFeO3 是一种多铁性固体，因铁电极化增强了光生载流子的分离，作为潜在的光催化材料正受到越来越多的关注。出于寻找在保持或增强铁电性质的同时调控带隙与能带对齐之途径的动机，我们利用密度泛函理论研究了 BiCoxFe1 xO3 固溶体（0 < x < 0.13）的热力学、电子与铁电性质。我们表明，通过钴取代可将带隙从 2.9 eV 降低至 2.1 eV，同时增大自发极化，这与 Co 相比 Fe 阳离子显著更大的玻恩有效电荷相关。我们讨论了 Co 杂质之间的相互作用，其具有强吸引性并将驱动 Co 的聚集，这由蒙特卡洛模拟所证实。因此，预测相分离为富 Co 相在热力学上更有利，而均匀固溶体仅能以亚稳态形式存在，受缓慢的阳离子扩散动力学所保护。最后，我们结合其在光催化中的适用性，讨论了纯与 Co 取代 BiFeO3 与相关氧化还原电势的能带对齐。
引用
@article{arxiv.2201.11161,
title = {Co-substituted BiFeO3: electronic, ferroelectric, and thermodynamic properties from first principles},
author = {Shivani Grover and Keith T. Butler and Umesh V Waghmare and Ricardo Grau-Crespo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.11161},
year = {2022}
}
备注
Biblography expanded; typos corrected; improved discussion of photocatalytic applications