面向吸附 NO2 的 α-Fe2O3 多极子导电性研究
材料科学
2026-04-30 v1
摘要
α-Fe2O3 中多极子介导的电荷传输是其作为气体传感器性能的核心因素，但表面吸附剂与多极子之间的原子尺度相互作用仍不充分了解。本文采用 Hubbard-U 修正的密度泛函理论（DFT+U）结合 nudged elastic band（NEB）计算，研究了 Fe 终端 α-Fe2O3 (0001) 表面的多极子形成、迁移与消耗。计算得到的 α-Fe2O3 Bulk 区域小多极子跳跃活化能为 0.12 eV，与实验测得值高度吻合，验证了计算方法的有效性。薄片计算表明，多极子从 Bulk 区域迁移至表面可降低能量 0.12 eV，表明电荷载体在气-固界面优先局域化。NO2 吸附导致显著电子转移（0.72 个电子）从氧化物输送至分子，消除局域化的 Fe2+ 多极子态，从而抑制了多极子导电性。这些结果为铁氧体基传感器暴露于氧化性气体时电阻升高提供了直接的微观解释。更广泛地说，本研究阐明了表面吸附如何通过调控多极子浓度来调制 α-Fe2O3 中的电荷传输，为改进铁氧体气体传感器的设计提供了原则。
引用
@article{arxiv.2604.26372,
title = {Polaron Conductivity in $\alpha$-Fe2O3 Quenched by Adsorbed NO2},
author = {Tushar K. Ghosh and Elvar Ö. Jónsson and Stephan Steinhauer and Panagiotis Grammatikopoulos and Hannes Jónsson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.26372},
year = {2026}
}
备注
13 pages, 4 figures, 3 tables