Ta/Ta氧化物异质界面电荷转移离子势模型的进化优化
材料科学
2017-04-28 v2
摘要
钽、钽氧化物及其异质界面在电子学、热管理、催化和生物化学等多个应用中具有巨大的技术价值。例如，由金属（Ta）和绝缘氧化物（Ta2O5）组成的TaOx忆阻器中，局部氧化学计量的变化已被证明可在十亿次循环中实现亚纳秒时间尺度的快速切换，这与神经形态计算相关。尽管其应用广泛，但对于跨越Ta/TaOx异质界面的氧化学计量变化（例如氧化和氧化物生长早期阶段）的原子尺度理解尚不充分。这主要是由于缺乏一种可准确描述金属（Ta）和氧化物（TaOx）环境及其界面处离子相互作用的钽氧化物变电荷原子间势模型。为应对这一挑战，我们通过对多种实验观察到的Ta2O5多晶型的晶格参数、内聚能、状态方程和弹性性质进行训练，引入了针对Ta/Ta氧化物体系的电荷转移离子势（CTIP）模型。最佳CTIP参数集通过采用遗传算法驱动的单目标全局优化方案并结合局部单纯形优化来确定。我们新开发的CTIP势准确预测了Ta和Ta2O5的结构、热力学、多晶型能量序以及弹性和表面性质，与DFT计算和实验高度吻合。我们利用新参数化的CTIP势研究了不同温度下Ta氧化的早期阶段以及氧化物种的原子/分子性质。
引用
@article{arxiv.1611.03519,
title = {Evolutionary optimization of a charge transfer ionic potential model for Ta/Ta-oxide hetero-interfaces},
author = {Kiran Sasikumar and Badri Narayanan and Mathew Cherukara and Alper Kinaci and Fatih G. Sen and Stephen K. Gray and Maria K. Y. Chan and Subramanian K. R. S. Sankaranarayanan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.03519},
year = {2017}
}