岩盐结构氧化物中注入过渡金属掺杂物的稳定性
材料科学
2019-03-14 v2
摘要
注入到具有岩盐晶体结构（例如 MgO 和 BaO）的氧化物中的过渡金属（TMs）被假定为取代晶格位点上的阳离子（就 MgO 而言为 Mg）。我们表明，并非所有注入的 TM 都取代阳离子，而是也可以稳定于间隙位点。已在密度泛函理论框架下研究了 MgO 和 BaO 中各种电荷态下 TM（Sc–Zn）掺杂物的稳定性。我们提出了一种计算注入金属稳定性的有效方法，可让我们预测掺杂剂在主体中的位点偏好（间隙或取代）。我们发现有两个因素控制着对间隙位点的偏好：i) 相对离子半径，以及 ii) 阳离子与 TM 掺杂剂的相对氧亲和性。如果阳离子的半径远大于 TM 掺杂剂，如在 BaO 中，TM 原子总是位于间隙位点。另一方面，如果阳离子的半径与掺杂 TM 的半径相当，如在 MgO 的情况下，则观察到优选缺陷位点从取代晶格 Mg 原子（Sc 到 Mn）到占据间隙位点（Fe 到 Zn）的过渡。这一过渡可归因于 TM 原子从 Sc 到 Zn 的氧亲和性的变化。我们的结果也解释了关于注入 MgO 中的 Ni 和 Fe 原子的实验。这是我们首次表明 TM 掺杂剂可在稳定化合物的间隙位点稳定存在，这可能潜在地产生奇异性质。
引用
@article{arxiv.1901.05607,
title = {Stability of Implanted Transition Metal Dopants in Rock-salt Oxides},
author = {Debolina Misra and Satyesh K. Yadav},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.05607},
year = {2019}
}