应变对钙钛矿中氧空位形成能的影响

氧空位形成能是实现固体氧化物燃料电池等技术中快速氧扩散与氧催化的一个重要量。以往各体系文献及我们在 LaMnO3、La0.75Sr0.25MnO3、LaFeO3 和 La0.75Sr0.25FeO3 中的计算，对应变下空位形成能变化的方向与大小给出了混杂结果。本文建立了一个模型以理解空位形成能随应变变化的多种趋势形状。我们利用一组一致的 ab initio 计算建模应变效应，并证明我们的计算结果可简单地用空位形成体积以及块体与缺陷态之间弹性常数的变化来解释。正的空位形成体积有助于在拉伸应变下降低空位形成能，而弹性常数增大会导致在压缩与拉伸应变下空位形成能升高，反之亦然。空位形成体积主导空位形成能应变响应的线性部分，而其曲率由空位引起的弹性常数变化控制。我们展示了对 B 位阳离子、A 位掺杂、倾斜体系与空位位置敏感的结果，这些贡献在热平均条件下可被平均。总体而言，此处计算的大多数体系空位形成能随拉伸应变下降，对那些显示空位形成能下降的体系，双轴应变下约有 30-100 meV/% 应变的降低。实验验证对于确认该模型在计算之外的适用性是必要的。