3d 过渡金属取代对 CsPbI3 中的缺陷容忍性与局部结构响应
材料科学
2025-12-18 v1
摘要
我们采用自旋极化 GGA+U 框架，对 CsPbI3 中取代型 3d 过渡金属（TM）缺陷进行系统性第一性原理研究。TM 掺杂通常在能量上是有利的，并引起围绕缺陷位点的局部晶格畸变，保持主机整体结构的完整性。通过分析缺陷形成能量和电子结构，可知除 Sc 和 Ti 外，CsPbI3 对深层陷阱具有强鲁棒性。大多数 TM 取代引入共振态，这些态与带边混合，符合该材料的缺陷容忍性特征。虽然这些态可修改带隙，但不会产生孤立的中带隙陷阱。所观察到的畸变源于由离子半径失配、电负性差异以及 TM-I 轨道重叠所主导的应变驱动的 Van Vleck 模式，其�幅随距离缺陷处的快速衰减。自旋极化计算揭示了显著的 TM 诱导的自旋极化作用，作用于配体以及在某些情况下作用于相邻 Pb 原子，这反映了 3d 系列中共价性和轨道混合性的差异。综合这些结果，建立了一种统一的图景，其中局部结构响应、电子混合和自旋极化共同控制 3d TM 缺陷在 CsPbI3 中的稳定性与电子影响，确定了电子上良好或不利的掺杂剂。
引用
@article{arxiv.2512.15280,
title = {Defect Tolerance and Local Structural Response to 3d Transition-Metal Substitution in CsPbI3},
author = {Misbah Shaheen and Sheharyar Pervez},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.15280},
year = {2025}
}
备注
10 pages, 8 figures (excluding supplementary)