SrTiO3 中氧分压依赖电导率的起源

SrTiO3 (STO) 展现出广泛的物理性质，包括超导性、铁电性和光电导性，使其成为一种突出的半导体材料。尽管已有广泛研究，STO 中依赖于氧分压的电导率仍不明确。本研究利用第一性原理计算，系统研究了 STO 的本征缺陷性质。结果表明，VO、VSr 和 TiSr 是主导本征缺陷，在不同 O 化学势（氧分压）下影响 STO 的电导率。在贫氧条件下，VO 是主导施主，而 VSr 是主导受主。随着氧压升高，TiSr 在富氧条件下成为关键施主缺陷，显著影响电导率。此外，研究阐明了 VTi 通常作为受主却因 O-三聚体的形成而表现出类施主行为的反常现象。本工作全面揭示了本征缺陷如何调节费米能级，从而在不同 O 化学势下使 STO 的电导率从金属性转变为 n 型，最终转变为 p 型。这些见解解决了氧分压依赖电导率的长期悬而未决的问题，并解释了在缺氧 STO 中观察到的金属电导率。