退火 Li$_x$CoO$_2$ 中结构变化、电子性质与电导率的电子显微与谱学研究
材料科学
2021-01-13 v1 介观与纳米尺度物理
强关联电子
摘要
利用透射电子显微镜（TEM）和电子能量损失谱（EELS）研究了化学剥离的纳米级少层 LiCoO 样品随不同温度退火的演变，探测了 O-K、Co-L 谱以及低能带间跃迁。将这些谱与 -Im 和 O-2p 偏态密度的第一性原理 DFT 计算进行比较，后者由与芯波函数及包含 O-1s 芯空穴的偶极矩阵元加权，并联系 L/L 峰比随平均 Co 价态的已知趋势。建立了退火过程中这些谱的变化趋势，并与衍射 TEM 和高分辨 TEM 图像观察到的结构相变相关联。结果还与经历相同退火程序的样品的电导率测量相关联。观察到 Li 和 Co 阳离子在晶格中的逐渐无序化，从纯 LiCoO 的 因较低 Li 含量而轻微畸变开始，随后在 200C 形成 相表明 Li 空位有序，约 250C 形成尖晶石型 相，最终在 350C 以上形成岩盐型 相。如低能 EELS 所确立，这种无序化导致带隙降低。岩盐相的 O-K 谱仅能被纯 CoO 的计算所重现，而非具有 Li 和 Co 随机分布的模型。这表明在这些较高温度下样品的岩盐区域可能存在 Li 损失。电导率测量表明在 200C 以上电导率逐渐下降，这显然与更严重的 Li-Co 互扩散相有关，其中低自旋电子结构不再成立并预期有更强的关联效应。
引用
@article{arxiv.2010.06769,
title = {Electron microscopy and spectroscopic study of structural changes, electronic properties and conductivity in annealed Li$_x$CoO$_2$},
author = {Halyna Volkova and Kevin Pachuta and Kyle Crowley and Santosh Kumar Radha and Emily Pentzer and Xuan P. A. Gao and Walter R. L. Lambrecht and Alp Sehirlioglu and Marie-Hélène Berger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.06769},
year = {2021}
}