由 Sn(II) 孤对所致的 Alpha-FASnI3 结构与电子要求耦合
材料科学
2025-11-27 v1
摘要
Alpha-烯氨基 tin-碘化物 (alpha-FASnI3) 是一种领先的无铅光伏材料候选者，常温下采用近立方体结构，但其稳定性受限于氧化降解。可靠的第一性原理建模受限于文献中不一致的结构模型和理论水平。本文识别了 alpha-FASnI3 所需的结构和电子要求，其行为由来自配位活性 Sn(II) 孤对的伪 Jahn-Teller (PJT) 不稳定所主导。通过 0 K 弛豫、跨代码混合函数基准和有限温度 ab initio 分子动力学，本文表明 4x4x4 超胞（FA+ 阳离子随机取向）是移除宏观偶极矩、保持立方对称性、恢复局部八面体倾斜以及捕获特征 PJT 驱动的 Sn 错位所需的最小模型。准确的带边和可靠的带隙需要采用包含自旋轨道耦合的 PBE0 级混合函数来处理 Sn 的相对论效应，同时采用 rVV10 非局域色散势能捕获增强的 Sn-I 共价性。有限温度模拟揭示，Sn 错位仍为局部化、<111> 取向且对热力学波动具有鲁棒性，重现实验 300 K 带隙需采用 6x6x6 超胞。这些结果定义了 alpha-FASnI3 可靠建模的关键要素，为研究铅化物钙钛矿中孤对驱动的物理提供了严谨基础。
引用
@article{arxiv.2511.21254,
title = {Coupled Structural and Electronic Requirements in Alpha-FASnI3 Imposed by the Sn(II) Lone Pair},
author = {Mridhula Venkatanarayanan and Vladislav Slama and Madhubanti Mukherjee and Andrea Vezzosi and Ursula Rothlisberger and Virginia Carnevali},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.21254},
year = {2025}
}
备注
30 pages (Supplementary Information (SI) included), 2 figures, 6 tables (SI), 4 tables (main)