Brownmillerite 钙钛矿材料中的氢：能量学与诱导电磁变化的第一性原理见解

氢在 A2B2O5 型 Brownmillerite 钙钛矿中的吸附为调控功能性材料属性提供了（电）化学可及的途径，但关于氢响应氧化物的机理理解和设计规则仍有限。本文采用密度泛函理论 (DFT) 对 H 吸附如何影响电子结构、磁交换和各向异性进行量化分析，聚焦典型的 Sr2Fe2O5 和 Sr2Co2O5 氧化物。我们发现，氢化引入的局域电子会稳定于质子附近，呈现出取决于 B 位的局部偏好。由此引起的晶格畸变和电荷密度重新分布修改交换耦合，倾斜 Neel 矢量，导致弱铁磁性。我们还指出，吸附能对质子-电子排列和磁序极其敏感，在不同设置下可变化达 1 eV。这种敏感性要求对电荷局域化和自旋态进行一致处理，并谨慎选择计算参数。扩展到多种实验报道的 A2B2O5 组成材料，我们识别出具有 favorable H 吸附性的候选材料，并发现更 favorable 的吸附与更高的 B 位 d 电子数密切相关。我们还表明，材料中首选的质子吸附位点由局部 O-O 间距和晶格柔性决定，这些因素描述了框架容纳质子诱导畸变的能力。最后，通用机器学习原子势的基准测试显示，位点分辨的吸附能不确定约为 1 eV，动机是基于描述子的代理模型和针对性 DFT 验证。综合这些结果，本文为针对离子-电子器件、传感器和可调电性铁磁功能的氢响应氧化物提供了实用设计规则。