压力下 CuO 局域结构与电子性质的相互作用
材料科学
2020-12-02 v1
摘要
通过 Cu K 边 X 射线吸收谱（XAS）和第一性原理计算，在高达 17 GPa 压力下研究了 CuO 的电子与局域结构性质。CuO 的晶体结构由 CuO 平方平面单元内的 Cu 基元以及两个拉长的轴向 Cu-O 键组成。CuO 平方平面单元在所研究压力范围内稳定，其 Cu-O 距离在 5 GPa 前近似恒定，之后至 17 GPa 略微减小。相反，拉长的轴向 Cu-O 距离在所研究范围内随压力连续减小。观察到拉长 Cu-O 路径的均方相对位移（EXAFS Debye Waller，\sigma）从 5 GPa 到 13 GPa 异常增加，随后 \sigma 急剧减小。这被解释为轴向 Cu-O 路径上的局域动态无序。在更高压力（P>13 GPa）下，Cu 的局域结构由 4 配位平方平面转变为 4+2 Jahn-Teller 畸变八面体离子。我们将这些结果解释为 Cu 离子倾向于与轴向 O 原子形成有利相互作用。此外，压缩引起的轴向 Cu-O 距离减小软化了与平面外 Cu 运动相关的简正模。预测 CuO 在 5–13 GPa 压力范围内具有随压力异常的介电常数上升以及适度的压电性。另外，我们 XAS 实验中的近边特征在 5 GPa 处显示出不连续和趋势变化。对于 P < 5 GPa，边肩的演化归因于纯电子效应，其也影响电荷转移积分。这与从 Cu 到 O 的电荷迁移有关，也与能带隙增大有关，后者同样在 5 GPa 处出现趋势变化。
引用
@article{arxiv.2008.13416,
title = {Interplay between local structure and electronic properties on CuO under pressure},
author = {V. Cuartero and V. Monteseguro and A. Otero-de-la-Roza and M. El Idrissi and O. Mathon and T. Shinmei and T. Irifune and A. Sanson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.13416},
year = {2020}
}