通过晶体解理的计算合成衬底
材料科学
2021-03-31 v3
摘要
新型衬底材料的发现一直由试错法主导，这为系统性搜索提供了机会。为识别稳定的晶体表面，我们为 Materials Project 数据库中初基晶胞含一至五个原子的材料生成键合网络。对于该集合中的三维晶体，我们系统性地打断初基晶胞键合网络中的至多三个键。成功解理将键合网络缩减为两个周期维度，从而创建出解理晶体的层。我们在 2,133 个块体晶体中识别出 4,693 个独特的解理表面，其中 4,626 个的最大 Miller 指数为 1。为表征解理的可能性及解理表面的热力学稳定性，我们创建这些表面的 monolayer，并使用密度泛函理论计算解理功与部分弛豫表面能，从而发现 3,991 个潜在衬底，其中 2,307 个不含 f 价电子，2,183 个源自在 Inorganic Crystal Structure Database 中有条目的块体前驱体。随后，我们识别出这些层的解理功中的明显趋势，并将其与三维前驱体的金属键和共价/离子键相关联。我们还汇编了一个市售衬底数据库，并表明预测衬底数据库显著增强了电子性质与晶格参数分布的多样性与范围，为许多材料的外延生长提供了机会。我们通过为透明导体 BaSnO3 识别若干新的外延衬底来说明该衬底数据库的潜在影响，这些衬底具有低解理能并带来比当前所用衬底低一个数量级的应变。
引用
@article{arxiv.2002.00903,
title = {Computational Synthesis of Substrates by Crystal Cleavage},
author = {Joshua T. Paul and Alice Galdi and Christopher Parzyck and Kyle Shen and Richard G. Hennig},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.00903},
year = {2021}
}