PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ 超晶格中的氧空位形成能
材料科学
2018-07-04 v2
摘要
利用第一性原理密度泛函理论计算，确定了由 SrTiO 和 PbTiO（STO/PTO）构成的典型钙钛矿氧化物超晶格的缺陷稳定性。具体而言，确定并比较了由四层 STO 原子层和四层 PTO 原子层构成的超晶格（4STO/4PTO）在顺电相和铁电相中的氧空位形成能 E。考察了电荷态、八面体旋转、极化和界面等因素对 E 的影响。超晶格中的形成能逐层变化，铁电相中的 E 高于顺电相。在这些氧化物超晶格中构建的两个在顺电系统中对称等价的界面，在铁电超晶格中表现出截然不同的形成能，这可视为由铁电与旋转模式的耦合所驱动。在等价晶格位点处，带电空位的 E 通常低于中性空位的 E。铁电超晶格中的八面体旋转（aac）对 E 有显著影响，增加了位于界面附近的空位形成能，但降低了位于 STO 和 PTO 组成部分的类体区内氧空位的形成能。不同层之间形成能的差异主要归因于各层局部弛豫的差异。这些关于钙钛矿超晶格缺陷稳定性的基本认识，可用于通过控制超晶格组成材料和界面工程来调控缺陷性质。
引用
@article{arxiv.1805.10154,
title = {Oxygen vacancy formation energies in PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattice},
author = {Lipeng Zhang and Isaac Bredeson and Axiel Yaël Birenbaum and Paul R. C. Kent and Valentino R. Cooper and P. Ganesh and Haixuan Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.10154},
year = {2018}
}
备注
20 pages, 5 figures, accepted at Physical Review Materials