铁-磁铁矿界面复杂相态
材料科学
2025-02-04 v2
摘要
合成不同相态并控制其中晶体缺陷是材料和工艺设计的关键概念。这类方法通常由解耦的理论描述：前者基于平衡热力学，后者基于非平衡动力学。在将其整合为缺陷相位图的整体形式后，可将相位平衡模型应用于缺陷如空位、位错、面、晶界和相界的热力学评估，将材料瑕疵及其在性质中的作用置于固体热力学和理论基础之上。在本研究中，我们通过扫描透射电子显微镜(STEM)中的差分相位(DPC)成像，对铁(Fe)与铁铁矿(Fe3O4)界面进行表征。该方法独特地使我们能够同时成像重原子 Fe 和轻原子 O，提供了该异质金属-氧化物界面的原子结构和化学成分的精确映射。我们在 Fe[001]/Fe3O4[001]界面识别到一种有序的两层界面稳定相态(称为复杂相态)。利用密度泛函理论(DFT)，我们不仅解释了观察到的复杂相态，还绘制了作为氧化学势函数的界面稳定相的各种形态。我们指出，复杂相态的形成会影响界面性质，使其粘合力提高 20%，并改变相邻材料之间的电荷转移，从而影响界面上的传输性质。我们的发现凸显了缺陷处可调相态作为先进材料设计新资产的潜力，为知识驱动和优化的腐蚀保护、催化、磁性和氧还原致相变提供了道路。
引用
@article{arxiv.2408.09213,
title = {Complexions at the Iron-Magnetite Interface},
author = {Xuyang Zhou and Baptiste Bienvenu and Yuxiang Wu and Alisson Kwiatkowski da Silva and Colin Ophus and Dierk Raabe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.09213},
year = {2025}
}