高温Ta$_2$O$_5$晶体结构与集体氧离子输运

晶体固体中的离子导电通常通过原子尺度的缺陷如空位或间隙位于进行。本文针对高温四方形钽酸盐 (H-Ta$_2$O$_5$) 的长期结构歧义问题进行了研究，我们识别出一种质构不同于传统机制的输运方式。基于第一性原理计算，我们提出 H-Ta$_2$O$_5$ 采用由正交构型单元组成的手性框架，通过螺旋旋转平面相互连接，钽子晶格与可用的透射电子显微镜观察结果一致。我们的ab initio分子动力学模拟揭示了在数百摄氏度的温度下，沿该化学计量晶格进行的集体、一维氧离子迁移。这种协同性输运由手性旋转平面处八面体配位的结构柔性所赋予，后者允许广泛的晶格松弛和动态电荷重新分布，产生约 0.2 eV 的迁移势垒。这些结果提供了对报告的高各向异性氧导电性的 H-Ta$_2$O$_5$ 微观解释。