热离子阴极系统中 $Sc_2O_3$ 的本征缺陷与导电特性
材料科学
2016-07-08 v1
摘要
最近的实验观察表明，块体 （约 200 nm 厚）在常温常压下是绝缘体，但在热离子阴极工作期间必须充当良好的电子导体，从而产生观察到的高发射电流密度以及总体上优于不含 的传统热离子发射体的发射性能。在此，我们采用从头算方法，使用半局域和杂化泛函计算了 Sc 和 O 空位及间隙原子的本征缺陷能量学及其对 电子性质的影响，以试图解释实验中观察到的 的良好导电性。缺陷能量学被用于平衡缺陷模型，以计算平衡状态下缺陷的浓度及其补偿电子和空穴浓度。总体而言，我们的结果表明，在阴极工作环境中，仅由本征缺陷的存在导致的 电导率不太可能高到足以维持实验获得的发射电流密度量级，而杂质的存在对于将 的电导率提高到足以解释实验中观察到的电流密度的高值是必要的。赋予足够电子导电性所需的最小杂质浓度非常小（约 ppm），并且可能存在于所有实验中。
引用
@article{arxiv.1607.02080,
title = {Intrinsic defects and conduction characteristics of $Sc_2O_3$ in thermionic cathode systems},
author = {Ryan M. Jacobs and John H. Booske and Dane Morgan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.02080},
year = {2016}
}