钙钛矿 BaTiO$_3$ 中 Ba 阳离子的扩散动力学：示踪扩散与 Metadynamics 联合研究

使用示踪扩散实验和 metadynamics (MtD) 模拟研究了钙钛矿氧化物 BaTiO$_3$ 立方相中 Ba 阳离子的扩散。使用 $^{130}$BaTiO$_3$ 薄膜作为扩散源，在温度 $1348 \leq T/\mathrm{K} \leq 1498$ 下将钡示踪扩散剖面引入单晶样品。通过飞行时间二次离子质谱测定 $^{130}$Ba 剖面，随后进行分析以得出 Ba 示踪扩散系数（$D_\mathrm{Ba}^\ast$）。进行 MtD 模拟以获得特定空位机制下钡空位扩散系数（$D_\mathrm{v_{Ba}}$）随温度变化的函数。预测 $D_\mathrm{v_{Ba}}$ 会因相邻氧空位而显著增加，甚至因相邻钛空位而增加更多。通过综合考虑 $D_\mathrm{Ba}^\ast$ 和 $D_\mathrm{v_{Ba}}$，我们得出结论：这些样品中的 Ba 扩散极有可能是通过缺陷缔合物的迁移发生的，而不是通过孤立钡空位的迁移。更一般地，我们的结果引起了对仅依赖活化焓来解释扩散数据这一做法的危险性的关注。