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结合第一性原理和热力学计算对HfO2晶体本征点缺陷的预测
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O641[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]上海理工大学理学院,上海200093
  • 相关基金:沪江基金(B14004)资助项目
中文摘要:

基于第一性原理和热动力学方法模拟计算得到了不同温度和氧分压下Hf O2晶体本征点缺陷的形成能,并讨论了各种点缺陷的形成能随费米能级变化的规律.结果表明:当费米能级在价带顶附近时,随着温度和氧分压的变化,出现了不同的最稳定点缺陷(Oi^0、VO3^2+和Hfi^4+).当费米能级大于3.40 e V时,主要点缺陷是带-4价的Hf空位.该晶体除Hf空位在价带顶附近出现了奇数价态,其它的点缺陷都只显现偶数价态,这表明该晶体的点缺陷具有典型的negative-U特性.本文还计算得到了该晶体可能存在的最稳定点缺陷在温度、氧分压和费米能级三维空间的分布,这为分析该晶体在不同条件下可能出现的点缺陷类型提供清晰的图像,为调控晶体点缺陷的形成提供参考.

英文摘要:

Based on first principles and thermodynamics the intrinsic point defect formation energy was calculated at different temperatures and oxygen partial pressures in Hf O2 crystals. The stability of all kinds of point defects as well as the formation of charged point defects and their sensitivity to the Fermi energy was analyzed. We also discuss rules that govern the formation of various point defects that vary with Fermi level.The results show that with a change in temperature and oxygen partial pressure the most stable point defects are obtained(Oi^0, VO3^2+and Hfi^4+) when the Fermi level is close to the valence band. The main point defect was the Hf vacancy at a-4 charge when the Fermi level was higher than 3.40 e V. Apart from the Hf vacancy almost no other point defect had an odd charge and they showed negative-U behavior. Using the most stable intrinsic defect as a function of the Fermi level, the oxygen partial pressure and the temperature were determined using three-dimensional defect formation enthalpy diagrams. This diagram provides information that allows for the control of point defects in the crystal.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781