Fe掺杂BaTiO$_3$四方相到六方相相变的起源
材料科学
2026-03-25 v1
摘要
基于详尽的第一性原理计算，我们研究了Fe掺杂BaTiO中四方相向六方相的相变。总能量计算确认，在约4%的Fe掺杂浓度处，四方相向六方相之间存在能级交叉，这与实验观察相符。在等效掺杂条件下，比较计算表明CaTiO和SrTiO均未表现出类似行为。进一步量化了三种可能的机制：氧空位通过电荷补偿将能级交叉浓度从约4%偏移至约2%；Jahn-Teller扭形引入更大的弹性惩罚，两者都有利于四方相向六方相的相变；而对于合理的Fe价态，容差因子相对于原始BaTiO而言减小，抑制了六方相的形成。对电子结构进行详细分析后发现，由于局部晶体结构扭形，氧空位引起的电荷重新分布在轨道上具有强烈的依赖性。
关键词
引用
@article{arxiv.2603.22571,
title = {Origin of the tetragonal-to-hexagonal phase transitions in Fe-doped BaTiO$_3$},
author = {Zhiyuan Li and Ruiwen Xie and Hongbin Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.22571},
year = {2026}
}