Порівняльні Ab initio розрахунки для перовскітів ABO3 (001), (011) та (111), а також для YAlO3 (001) поверхонь і F центрів

Автори R.I. Eglitis, A.I. Popov
Приналежність

Institute of Solid State Physics, University of Latvia, 8, Kengaraga Str., Riga LV1063, Latvia

Е-mail rieglitis@gmail.com
Випуск Том 11, Рік 2019, Номер 1
Дати Одержано 22 листопада 2018; у відредагованій формі 02 лютого 2019; опубліковано online 25 лютого 2019
Посилання R.I. Eglitis, A.I. Popov, J. Nano- Electron. 11 No 1, 01001 (2019)
DOI https://doi.org/10.21272/jnep.11(1).01001
PACS Number(s) 68.35.Ct, 68.47.Gh
Ключові слова Перовскіти ABO3, YAlO3, B3PW, F-центр, (001) поверхні.
Анотація

За допомогою гібридних обмінно-кореляційних функціоналів ми виконали прогнозні ab initio розрахунки для найбільш важливих у промисловому відношенні перовскітів ABO3, таких як BaTiO3, SrTiO3, CaTiO3, SrZrO3 і PbZrO3 (001), (011) та (111) поверхонь, а також і для об'ємних та (001) поверхневих F-центрів. З іншого боку проведено порівняння ab initio розрахунки для заряджених і полярних YAlO3 (001) поверхонь. Для нейтральних (001) поверхонь перовскітів BaTiO3, CaTiO3, SrZrO3 і PbZrO3, у більшості випадків, усі атоми верхнього поверхневого шару релаксують всередину, тоді як усі атоми другого поверхневого шару релаксують угору, і, знов, усі атоми третього поверхневого шару релаксують всередину. Картина релаксації атомів для полярної і зарядженої YAlO3 (001) поверхонь повністю відрізняється від картини для нейтральних (001) поверхонь перовскітів ABO3. Поверхневі енергії перовскітів ABO3 (001) практично однакові як для AO, так і для BO2 граничних поверхонь, і вони значно менші поверхневих енергій полярних і заряджених (011) та, особливо, (111) поверхонь. Величини атомних зміщень найближчих сусідніх атомів навколо (001) поверхневого F-центру в перовскітах ABO3 суттєво перевищують відповідні величини зміщень найближчих сусідніх атомів навколо об'ємного F-центру. Для перовскітів ABO3, заряд електронів значно краще локалізований всередині об'ємного F-центру, ніж у (001) поверхневому F-центрі, де вакансії кисню більш делокалізовані між найближчими сусідніми атомами. Енергія формування (001) поверхневого F-центру в перовскітах ABO3 менша за енергію формування об'ємного F-центру, яка ініціює сегрегацію F-центрів з об'єму перовскіту ABO3 до його (001) поверхні. У більшості випадків, енергетичний рівень дефектів, який зумовлений (001) поверхневим F-центром, в забороненій зоні перовскитів ABO3 розташований ближче до дна зони провідності поверхні (001), у той час як рівень, який зумовлений об'ємними F-центрами, розташований ближче до дна об'ємної зони провідності.

Перелік посилань