基于数据挖掘与第一性原理理论计算的钙钛矿 BaCeO3 结构相变
材料科学
2023-12-01 v2
摘要
数十年来开展的若干实验表明，钙钛矿结构的 BaCeO3 经历一系列温度诱导的结构相变。然而经常观察到，实验之间相的数目以及随温度出现的顺序存在差异。就中子衍射和拉曼光谱实验而言，四个结构已被充分表征，伴随三次相变：Pnma 到 Imma [563 K] 到 R-3c [673 K] 到 Pm-3m [1173 K]。相比之下，热分析 methods 显示出多个奇点，对应于约 830 K、900 K 和 1030 K 处至少三次更多结构相变。鉴于这些相互冲突的实验发现，我们采用晶体结构数据挖掘结合第一性原理电子结构与声子晶格动力学，计算了 BaCeO3 的自由能相图。共预测了 34 种多晶型体，其中最稳定的遵循钙钛矿倾斜系统的 Glazer 分类。预测 Cmcm 和 P4/mbm 相分别在 666 K 和 1210 K 超越 Pnma。在任何温度下，另两个四方相（P42/nmc 和 I4/mcm）也比 Pnma 不利 20 至 30 meV。虽然预测多晶型体的计算稳定性顺序与中子衍射结果基本一致，但热分析研究中观察到的相变可归因于中间温度下四个新相（Cmcm、P4/mbm、P42/nmc 和 I4/mcm）的出现。然而我们分析认为，R-3c 相在宽泛温度区间内占主导稳定，掩盖了其后所有相直至立方 Pm-3m。因此，预测在热分析研究中出现的新相仅为短暂亚稳态。
引用
@article{arxiv.2301.05691,
title = {Structural phase transitions in perovskite BaCeO3 with data mining and first-principles theoretical calculations},
author = {Farha Naaz and Manendra S. Chauhan and Kedar Yadav and Surender Singh and Ashok Kumar and Dasari L. V. K. Prasad},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.05691},
year = {2023}
}
备注
20 pages, 5 figures, 1 table