钙钛矿氧化物中质子扩散率的核量子效应
材料科学
2024-11-20 v1
摘要
在本研究中，通过基于 Langevin 动力学的量子热浴（QTB）分子动力学（MD）模拟，评估了氧化物中质子扩散率的核量子效应（NQEs）。我们采用立方钙钛矿结构的钛酸钡（BaZrO3）中的质子扩散作为模型系统，其中质子通过围绕单个氧离子的旋转和在相邻氧离子之间的跃迁进行迁移。同时进行了使用标准经典热浴（CTB）的 MD 模拟和声子计算，以验证传统使用的经典简谐过渡态理论（classical h-TST），该理论假设了过渡态理论（TST）、简谐近似和经典近似。结果表明，h-TST 对于质子旋转是合理的，但显著高估了质子跃迁的活化能和跳跃频率的指前因子。此外，经典近似使得质子跳跃频率在 Arrhenius 图中接近线性，而在 500-2000 K 温度范围内，由于 NQEs 的作用，其实际上应是非线性的。这表明，即使在中等温度范围（573-873 K）内，为了准确评估氧化物中的质子扩散率，也有必要采用超越经典 h-TST 的处理方法。
引用
@article{arxiv.2411.12396,
title = {Nuclear Quantum Effects on Proton Diffusivity in Perovskite Oxides},
author = {Shunya Yamada and Kansei Kanayama and Kazuaki Toyoura},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.12396},
year = {2024}
}