调和 NbO2 的理论与实验电子结构
材料科学
2023-11-29 v1 强关联电子
摘要
诸如 NbO2 之类的金属-绝缘体相变材料因其在计算和传感中的潜在应用，近年来引起了广泛关注。关于 NbO2 相变的性质以及绝缘相中带隙/带宽的数值，一直存在大量争议。我们提出了对 NbO2 绝缘相带隙与电子结构的理论与实验联合研究。我们开展了第一性原理密度泛函理论加 U（DFT+U）计算，通过近期引入的最小跟踪线性响应方法，直接确定了 Nb 4d 和 O 2p 子空间的 U 和 J 参数。我们发现完整 DFT+U+J 理论的基本体带隙为 0.80 eV。我们还对（100）取向薄膜进行了计算与测量。扫描隧穿谱测量显示，由于薄膜表面区域及近表面区域氧过量，表面带隙在 0.75 eV 至 1.35 eV 之间变化。 slab 计算表明，由能级移动引起的表面区域局域金属性，与库仑排斥的减弱一致。我们证明，该效应结合简单、低成本的 DFT+U+J 方法，可以解释 X 射线光电子能谱实验中观测到的带宽与 p-d 带隙。总体而言，我们的结果表明 NbO2 的（100）表面可能存在二维各向异性金属层。
引用
@article{arxiv.2311.16469,
title = {Reconciling the theoretical and experimental electronic structure of NbO2},
author = {Samuel Berman and Ainur Zhussupbekova and Jos E. Boschker and Jutta Schwarzkopf and David D. O'Regan and Igor V. Shvets and Kuanysh Zhussupbekov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.16469},
year = {2023}
}
备注
11 pages, 5 figures, plus 3 pages of Supporting Information