电子局域化增强还原态 ZrO2、CeO2 与 BaTiO3 中的阳离子扩散
材料科学
2018-08-16 v1
摘要
根据缺陷化学，在氧化锆、氧化铈与钛酸钡中还原气氛下阳离子扩散增强的实验观测支持间隙机制。然而以往的计算研究总是发现阳离子间隙的形成能远高于阳离子空位，这将排除间隙机制。该难题已通过第一性原理计算得以解决，该计算比较了立方 ZrO2、CeO2 与 BaTiO3 中还原态阳离子与氧化态阳离子的迁移。在几乎所有情况下，仅还原就降低了迁移势垒，而如果阳离子在鞍点处的静电能下降，则会出现显著的势垒降低。后者在允许 Ti 阳离子经由空 Ba 位迁移从而全程被邻近阴离子完全屏蔽时最为有效地实现。由于还原同时产生高度可动的氧空位，我们也研究了它们对阳离子迁移的影响，发现其仅边际地降低迁移势垒。然而在若干情形下，揭示了阳离子还原与氧空位之间的巨大协同效应，导致电子以远低于正常的能量局域化于鞍点态，表明该鞍点是一个负-U 态，其中软环境使得大的电子-声子相互作用能够过度补偿在位库仑排斥。这些一般性发现有望适用于大多数过渡金属氧化物中缺陷介导的离子迁移。
引用
@article{arxiv.1808.05198,
title = {Electron Localization Enhances Cation Diffusion in Reduced ZrO2, CeO2 and BaTiO3},
author = {Yanhao Dong and Liang Qi and Ju Li and I-Wei Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.05198},
year = {2018}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:1808.05196