搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

金红石TiO2中本征缺陷扩散性质的第一性原理计算

刘汝霖 方粮 郝跃 池雅庆

金红石TiO2中本征缺陷扩散性质的第一性原理计算

刘汝霖, 方粮, 郝跃, 池雅庆
PDF
导出引用
导出核心图
  • 基于密度泛函理论的爬坡弹性带方法,对金红石相二氧化钛晶体中钛间隙、钛空位、氧间隙、氧空位4种本征缺陷的扩散特征进行了研究.对比4种本征缺陷在晶格内部沿不同扩散路径的过渡态势垒后发现,缺陷扩散过程呈现出明显的各向异性.其中,钛间隙和氧间隙沿[001]方向具有最小的扩散势垒路径,激活能分别为0.505 eV和0.859 eV;氧空位和钛空位的势垒最小的扩散路径分别沿[110]方向和[111]方向,激活能分别为0.735 eV和2.375 eV.
      通信作者: 方粮, lfang@nudt.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61332003)和湖南省自然科学基金(批准号:2015JJ3024)资助的课题.
    [1]

    Kim S, Brown S L, Rossnagel S M, Bruley J, Copel M, Hopstaken M J, Narayanan V, Frank M M 2010 J. Appl. Phys. 107 054102

    [2]

    Tang Z, Fang L, Xu N, Liu R 2015 J. Appl. Phys. 118 80

    [3]

    Tang Z, Chi Y, Fang L, Liu R, Yi X 2014 J. Nanosci. Nanotechnol. 14 1494

    [4]

    Choi B, Jeong D, Kim S, Rohde C, Choi S, Oh J, Kim H, Hwang C, Szot K, Waser R 2005 J. Appl. Phys. 98 033715

    [5]

    Magyari-Köpe B, Tendulkar M, Park S G, Lee H D, Nishi Y 2011 Nanotechnology 22 254029

    [6]

    Ghenzi N, Sánchez M J, Rubi D, Rozenberg M J, Urdaniz C, Weissman M, Levy P 2014 Appl. Phys. Lett. 104 1625

    [7]

    Zhang X C, Zhao L J, Fan C M, Liang Z H, Han P D 2012 Acta Phys. Sin. 61 077101 (in Chinese)[张小超, 赵丽军, 樊彩梅, 梁镇海, 韩培德 2012 物理学报 61 077101]

    [8]

    Hou Q Y, Wu Y, Zhao C W 2013 Acta Phys. Sin. 62 237101 (in Chinese)[侯清玉, 乌云, 赵春旺 2013 物理学报 62 237101]

    [9]

    Lin Q L, Li G P, Xu N N, Liu H, Wang C L 2017 Acta Phys. Sin. 66 037101 (in Chinese)[林俏露, 李公平, 许楠楠, 刘欢, 王苍龙 2017 物理学报 66 037101]

    [10]

    Peng H 2008 Phys. Lett. A 372 1527

    [11]

    Smyth D M 2000 The Defect Chemistry of Metal Oxide (New York:Oxford University Press) pp95-219

    [12]

    Huntington H B, Sullivan G A 1965 Phys. Rev. Lett. 14 932

    [13]

    Iddir H,Öğt S, Zapol P, Browning N D 2007 Phys. Rev. B 75 794

    [14]

    Giannozzi P, Baroni S, Bonini N, Calandra M, Car R, Cavazzoni C, Ceresoli D, Chiarotti G L, Cococcioni M, Dabo I 2009 J. Phys.:Condens. Matter 21 395502

    [15]

    Andreussi O, Brumme T, Bunau O, Buongiorno M N, Calandra M, Car R, Cavazzoni C, Ceresoli D, Cococcioni M, Colonna N 2017 J. Phys.:Condens. Matter 29 465901

    [16]

    Perdew J P, Ruzsinszky A, Csonka G I, Vydrov O A, Scuseria G E, Constantin L A, Zhou X, Burke K 2007 Phys. Rev. Lett. 101 136406

    [17]

    Lejaeghere K, Bihlmayer G, Björkman T, Blaha P, Blgel S, Blum V, Caliste D, Castelli I E, Clark S J, Dal C A 2016 Science 351 aad3000

    [18]

    Sheppard D, Terrell R, Henkelman G 2008 J. Chem. Phys. 128 134106

    [19]

    Momma K, Izumi F 2011 J. Appl. Crystallogr. 44 1272

    [20]

    Henkelman G, Arnaldsson A, Jónsson H 2006 Comput. Mater. Sci. 36 354

    [21]

    Sanville E, Kenny S D, Smith R, Henkelman G 2007 J. Comput. Chem. 28 899

    [22]

    Tang W, Sanville E, Henkelman G 2009 J. Phys.:Condens. Matter 21 084204

    [23]

    Yu M, Trinkle D R 2011 J. Chem. Phys. 134 064111

    [24]

    Nowotny J 2012 Oxide Semiconductors for Solar Energy Conversion-Titanium Dioxide (New York:CRC Press) p150

    [25]

    Diebold U 2003 Surf. Sci. Rep. 48 53

    [26]

    Baumard J F 1976 Solid State Commun. 20 859

    [27]

    Nowotny M, Bak T, Nowotny J 2006 J. Phys. Chem. B 110 16292

    [28]

    Nowotny J, Bak T, Nowotny M, Sheppard C 2005 Phys. Status Solidi b 242 R91

  • [1]

    Kim S, Brown S L, Rossnagel S M, Bruley J, Copel M, Hopstaken M J, Narayanan V, Frank M M 2010 J. Appl. Phys. 107 054102

    [2]

    Tang Z, Fang L, Xu N, Liu R 2015 J. Appl. Phys. 118 80

    [3]

    Tang Z, Chi Y, Fang L, Liu R, Yi X 2014 J. Nanosci. Nanotechnol. 14 1494

    [4]

    Choi B, Jeong D, Kim S, Rohde C, Choi S, Oh J, Kim H, Hwang C, Szot K, Waser R 2005 J. Appl. Phys. 98 033715

    [5]

    Magyari-Köpe B, Tendulkar M, Park S G, Lee H D, Nishi Y 2011 Nanotechnology 22 254029

    [6]

    Ghenzi N, Sánchez M J, Rubi D, Rozenberg M J, Urdaniz C, Weissman M, Levy P 2014 Appl. Phys. Lett. 104 1625

    [7]

    Zhang X C, Zhao L J, Fan C M, Liang Z H, Han P D 2012 Acta Phys. Sin. 61 077101 (in Chinese)[张小超, 赵丽军, 樊彩梅, 梁镇海, 韩培德 2012 物理学报 61 077101]

    [8]

    Hou Q Y, Wu Y, Zhao C W 2013 Acta Phys. Sin. 62 237101 (in Chinese)[侯清玉, 乌云, 赵春旺 2013 物理学报 62 237101]

    [9]

    Lin Q L, Li G P, Xu N N, Liu H, Wang C L 2017 Acta Phys. Sin. 66 037101 (in Chinese)[林俏露, 李公平, 许楠楠, 刘欢, 王苍龙 2017 物理学报 66 037101]

    [10]

    Peng H 2008 Phys. Lett. A 372 1527

    [11]

    Smyth D M 2000 The Defect Chemistry of Metal Oxide (New York:Oxford University Press) pp95-219

    [12]

    Huntington H B, Sullivan G A 1965 Phys. Rev. Lett. 14 932

    [13]

    Iddir H,Öğt S, Zapol P, Browning N D 2007 Phys. Rev. B 75 794

    [14]

    Giannozzi P, Baroni S, Bonini N, Calandra M, Car R, Cavazzoni C, Ceresoli D, Chiarotti G L, Cococcioni M, Dabo I 2009 J. Phys.:Condens. Matter 21 395502

    [15]

    Andreussi O, Brumme T, Bunau O, Buongiorno M N, Calandra M, Car R, Cavazzoni C, Ceresoli D, Cococcioni M, Colonna N 2017 J. Phys.:Condens. Matter 29 465901

    [16]

    Perdew J P, Ruzsinszky A, Csonka G I, Vydrov O A, Scuseria G E, Constantin L A, Zhou X, Burke K 2007 Phys. Rev. Lett. 101 136406

    [17]

    Lejaeghere K, Bihlmayer G, Björkman T, Blaha P, Blgel S, Blum V, Caliste D, Castelli I E, Clark S J, Dal C A 2016 Science 351 aad3000

    [18]

    Sheppard D, Terrell R, Henkelman G 2008 J. Chem. Phys. 128 134106

    [19]

    Momma K, Izumi F 2011 J. Appl. Crystallogr. 44 1272

    [20]

    Henkelman G, Arnaldsson A, Jónsson H 2006 Comput. Mater. Sci. 36 354

    [21]

    Sanville E, Kenny S D, Smith R, Henkelman G 2007 J. Comput. Chem. 28 899

    [22]

    Tang W, Sanville E, Henkelman G 2009 J. Phys.:Condens. Matter 21 084204

    [23]

    Yu M, Trinkle D R 2011 J. Chem. Phys. 134 064111

    [24]

    Nowotny J 2012 Oxide Semiconductors for Solar Energy Conversion-Titanium Dioxide (New York:CRC Press) p150

    [25]

    Diebold U 2003 Surf. Sci. Rep. 48 53

    [26]

    Baumard J F 1976 Solid State Commun. 20 859

    [27]

    Nowotny M, Bak T, Nowotny J 2006 J. Phys. Chem. B 110 16292

    [28]

    Nowotny J, Bak T, Nowotny M, Sheppard C 2005 Phys. Status Solidi b 242 R91

  • [1] 林俏露, 李公平, 许楠楠, 刘欢, 王苍龙. 金红石TiO2本征缺陷磁性的第一性原理计算. 物理学报, 2017, 66(3): 037101. doi: 10.7498/aps.66.037101
    [2] 彭丽萍, 夏正才, 尹建武. 金红石相和锐钛矿相TiO2本征缺陷的第一性原理计算. 物理学报, 2012, 61(3): 037103. doi: 10.7498/aps.61.037103
    [3] 朱玥, 李永成, 王福合. Li掺杂对MgH2(001)表面H2分子扩散释放影响的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(5): 056801. doi: 10.7498/aps.65.056801
    [4] 杨亮, 王才壮, 林仕伟, 曹阳. 氧原子在钛晶体中扩散的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(11): 116601. doi: 10.7498/aps.66.116601
    [5] 张恒, 黄燕, 石旺舟, 周孝好, 陈效双. Al原子在Si表面扩散动力学的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(20): 207302. doi: 10.7498/aps.68.20190783
    [6] 高雪云, 王海燕, 李春龙, 任慧平, 李德超, 刘宗昌. 稀土La对bcc-Fe中Cu扩散行为影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(24): 248101. doi: 10.7498/aps.63.248101
    [7] 王涛, 陈建峰, 乐园. I掺杂金红石TiO2(110)面的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(20): 207302. doi: 10.7498/aps.63.207302
    [8] 朱洪强, 冯庆. 光学气敏材料金红石相二氧化钛(110)面吸附CO分子的微观特性机理研究. 物理学报, 2014, 63(13): 133101. doi: 10.7498/aps.63.133101
    [9] 潘凤春, 林雪玲, 陈焕铭. C掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(22): 224218. doi: 10.7498/aps.64.224218
    [10] 侯清玉, 乌云格日乐, 赵春旺. 高氧空位浓度对金红石TiO2导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167201. doi: 10.7498/aps.62.167201
    [11] 程萍, 张玉明, 张义门, 王悦湖, 郭辉. 非故意掺杂4H-SiC外延材料本征缺陷的热稳定性. 物理学报, 2010, 59(5): 3542-3546. doi: 10.7498/aps.59.3542
    [12] 杨彪, 王丽阁, 易勇, 王恩泽, 彭丽霞. C, N, O原子在金属V中扩散行为的第一性原理计算. 物理学报, 2015, 64(2): 026602. doi: 10.7498/aps.64.026602
    [13] 何旭, 何林, 唐明杰, 徐明. 第一性原理研究空位点缺陷对高压下LiF的电子结构和光学性质的影响. 物理学报, 2011, 60(2): 026102. doi: 10.7498/aps.60.026102
    [14] 张梅玲, 陈玉红, 张材荣, 李公平. 内在缺陷与Cu掺杂共存对ZnO电磁光学性质影响的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(8): 087101. doi: 10.7498/aps.68.20182238
    [15] 刘柏年, 马颖, 周益春. 四方相BaTiO3缺陷性质的第一性原理计算. 物理学报, 2010, 59(5): 3377-3383. doi: 10.7498/aps.59.3377
    [16] 成鹏飞, 李盛涛, 赵雷, 李建英. ZnO压敏陶瓷中缺陷的介电谱研究. 物理学报, 2009, 58(1): 523-528. doi: 10.7498/aps.58.523
    [17] 刘远东, 尹益辉, 谭云. 一般边界条件下球形压力容器钢壁中氚和氦-3的浓度变化规律研究. 物理学报, 2012, 61(15): 156601. doi: 10.7498/aps.61.156601
    [18] 章正杰, 孟大维, 吴秀玲, 樊孝玉, 刘卫平, 黄利武, 郑建平, 何开华. 共掺杂金红石TiO2的电子结构和红外光谱研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037802. doi: 10.7498/aps.60.037802
    [19] 章瑞铄, 刘涌, 滕繁, 宋晨路, 韩高荣. 锐钛矿相和金红石相TiO2:Nb的光电性能研究. 物理学报, 2012, 61(1): 017101. doi: 10.7498/aps.61.017101
    [20] 常福宣, 陈 进, 黄 薇. 反常扩散与分数阶对流-扩散方程. 物理学报, 2005, 54(3): 1113-1117. doi: 10.7498/aps.54.1113
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  585
  • PDF下载量:  69
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-26
  • 修回日期:  2018-05-26
  • 刊出日期:  2018-09-05

金红石TiO2中本征缺陷扩散性质的第一性原理计算

  • 1. 国防科技大学, 高性能计算国家重点实验室, 长沙 410073;
  • 2. 国防科技大学计算机学院, 长沙 410073;
  • 3. 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071
  • 通信作者: 方粮, lfang@nudt.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61332003)和湖南省自然科学基金(批准号:2015JJ3024)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的爬坡弹性带方法,对金红石相二氧化钛晶体中钛间隙、钛空位、氧间隙、氧空位4种本征缺陷的扩散特征进行了研究.对比4种本征缺陷在晶格内部沿不同扩散路径的过渡态势垒后发现,缺陷扩散过程呈现出明显的各向异性.其中,钛间隙和氧间隙沿[001]方向具有最小的扩散势垒路径,激活能分别为0.505 eV和0.859 eV;氧空位和钛空位的势垒最小的扩散路径分别沿[110]方向和[111]方向,激活能分别为0.735 eV和2.375 eV.

English Abstract

参考文献 (28)

目录

    /

    返回文章
    返回