multioxide框架材料复杂的层状晶体结构,如NaCoO CaCoO, BiSrCoO非常不同的物理性质,以及相关的敏感结构,自旋电子学,拓扑结构,制备过程等等( 1- - - - - - 6)相比,纯首席运营官(哲学杂志96 (30),3211 - 3226]。过渡金属的家庭Co-based CaCoO氧化物材料显示类似的有价值的属性是近年来研究的焦点。例如,Ca₂有限公司₂O₅和Ca₃有限公司₄O₉分层型氧化物材料表现出特别复杂的晶体结构,旋转拓扑中,制备不同,各向异性传递现象( 2, 3]。他们也同样由岩石盐CaCoO层和CdI₂像首席运营官₂层堆积 c轴的三明治陷害的晶体结构。Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料首次被发现和报道的独特的夹结构维德雅瑟格等人于1984年( 4]。其各向异性半导体导电和积极与温度有关的热电动势的100 μV·K⁻¹在100 K被证明了Funahashi et al。 2, 3]。Ca₃有限公司₄O₉水晶氧化物材料被发现和报道的夹结构和各向异性Shikano运输和2003年Funahashi 5]。物理性质制备过程的敏感性也调查在过去几年。例如,粮食对齐与传导是非常依赖于外部压力的准备。

多晶材料的氧化夹CaCoO已经被广泛研究与单晶材料的制备成本,制造容易,产品规模,等。此外,他们一直深入研究实验的内在的交通特性以及近年来监管材料( 7- - - - - - 11]。为了恢复单晶材料的性能,采取了一些制备方法。例如,等静压是其中的一个方面。通过这种方式,压力从海洋保护区的几个分数应用于水晶散装材料在准备。由此产生的散装材料应该巩固和规范关于他们的密度和谷物对齐为了得到大部分纹理。我们也报道了stress-dependent运输这种氧化夹CaCoO晶体材料的性质。粮食对齐和传输特性之后可以通过外部监管压力从30 MPa 500 MPa ( 9, 12]。基本背景物理性质是由几何结构和电子状态之后。几何结构和电子状态的演化与外部压力的优点调查。不幸的是,这种氧化夹CaCoO晶体材料的理论研究比较缺乏。

过渡金属钴有几个d轨道电子自旋排列的品种可以配置的地方。我们已经证明和报道,反铁磁性的Ca保持一致₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料中最为稳定的反铁磁性的阶段和铁磁相 13]。在目前的工作,几何结构、微体系结构,稳定性,电子能带结构、电子态密度和物种复合在一起的电子传导特性夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料与外部压力1 GPa集中研究通过密度泛函理论(DFT)计算和分析方法首次对我们的知识。

夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料是由岩石组成的盐CaCoO磷层和CdI₂像首席运营官₂子层在 c轴和空间群P1M1。岩盐CaCoO和CdI₂像首席运营官₂有相同的晶格参数吗 b和 c轴;格是不匹配的 一个轴。细胞角 α, β, γ90°、90°和98.13°, 一个, b, c细胞的4.56,9.66,和10.84,分别 2- - - - - - 4]。这个夹在Ca的概略晶体结构₂有限公司₂O₅氧化结晶材料和投影几个飞机数据所示 1和 2。

本研究基于平台进行实现的串行总能量包(Cerius2 CASTEP,分子模拟,Inc .)代码DFT内框架( 12, 14]。这个打包代码建立了DFT框架内已成功地应用在固体状态和材料科学等领域的多年( 12- - - - - - 14]。DFT框架已被证实是最准确的策略之一固体状态的电子特征值的解决方案( 15]。在这部作品中,深价电子原子核心一起被视为库仑核心,价电子的库仑相互作用与Ca的核心,公司,O在此被范德比尔特伪势函数。电子的波函数是由平面波函数表示。价电子构型的Ca (3 s²3 p⁶4 s²)有限公司(3 d⁷4 s²),O (2 s²2 p⁴)被选中。广义梯度近似(GGA)方案和修正Perdew-Burke-Ernzerhof计划内(RPBE)函数是用来描述exchange-correlation这些电子之间的关系。哈伯德能源修订2.5 eV是用来代表的现场库仑作用有限公司d电子。反铁磁性的对齐Ca₂有限公司₂O₅曾被证实是最耐热铁磁性和反铁磁性的阶段阶段( 13]。为反铁磁性的阶段,公司的自旋状态d内的首席运营官₂层是设置为相反的公司d CaCoO层内的未配对的电子。此外,磁力的计算结果是在一致的初始设置反铁磁性的阶段。在基态总能量计算的过程中,在自洽计算位移的收敛公差是设置为0.0005,最大力量宽容是设置为5×10⁻⁶电动汽车/原子。截止能量的电子平面波展开波函数被设定为340 eV。Monkhorst-pack方法被用于 k点采样和 k点网格1×3×1。在这部作品中,计算倒易空间内的薛定谔方程进行了Ca的波矢量采样₂有限公司₂O₅晶格。电子特征值中推导和扩展的第一布里渊区夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化结构的函数高对称点。第一布里渊区夹在Ca₂有限公司₂O₅氧化结晶结构和不可约高对称点的坐标图所示 3。

表 1显示了晶格参数,总能量 E_t,形成焓 E_f和磁性夹在Ca₂有限公司₂O₅1 GPa的水晶氧化物材料与外部压力,这些值对应的Ca₂有限公司₂O₅也提供,这些参数也推导出的比率比较。的 α, β, γ保持不变。初始晶格对称性类型不影响,空间组织外部应用应力范围内保持安静。从表可以看出 1那 一个, b, c,体积和细胞表现出减少的趋势。这是对应的积极收缩扩张这种类型的材料在外部压力。然而,值得注意的是,的比率 一个, b, c与细胞之间,在外部压力是明显不同的。例如,的比例 一个的比例是0.997, b和 c分别是0.998和0.999,不成比例的对应的体积比0.994。这是一个迹象表明,很大程度上是各向异性应变引起的外部压力。具体地说,它可以看出压力应激反应的几何是沿着方向敏感和不敏感 b c方向的夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料。此外,这是另一个迹象表明夹Ca中的绑定₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料是非常不同的,自然的绑定,绑定类型,绑定长度和粘结强度。

从表可以看出 1对应的夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料没有外部压力的总能量−12556.6电动汽车电池,虽然−12556.5 eV的总能量细胞外部压力下比它。尽管不同之处在于可以忽略不计,它表明,夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料没有外部压力更加耐热。为了验证夹Ca的稳定性₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料在不同外部压力,形成焓。形成焓 Δ H 锰 材料与特定的分子方程 x_米 y_N可以推导出 (1) Δ H 锰 = E t − x 米 E 米 + y N E N x 米 + y N , 在哪里 E t 分子的总能量, E 米 和 E N M和N的平均能量元素,然后呢 x 米 和 y N 的M和N量元素分子方程。材料的热稳定性应该更高一个较小的形成焓值和更容易形成。从表可以看出 1对应的夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料的形成焓−6.221 eV,外部压力下,略低于1 GPa−6.220 eV。同行夹Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料应该容易形成根据形成焓值。这是同意以上讨论的总能量。相信在此,总能量以及形成焓可以应用联合分析材料的热稳定性;结果是合理可靠的。

表 2显示绑定和绑定号码长度内夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料;绑定角度的O-Co-O岩盐CaCoO层等。Ca和有限公司作为阳离子和O作为阴离子的氧化结晶化合物,有库仑力,Ca和公司结合O。可以看出,Ca和O之间的距离大于那些公司和O之间的共同点,表明他们更强的共价约束力和O,而不是哥伦比亚趋势结合Ca和O .这是真的对他们的绑定号码。例如,绑定Ca和O之间绑定数字的值不超过0.25,然而公司之间的绑定和O绑定数据值从0.36到0.56,这是独特的大。其次,值得注意的是,公司之间的绑定号码在CdI和O₂像首席运营官₂显然比那些岩盐中Co和O之间像CaCoO层。此外,绑定在CdI有限公司之间的长度和O₂像首席运营官₂明显短于那些岩盐中Co和O之间像CaCoO层。在CdI有限公司之间的绑定和O₂像首席运营官₂非常共价比岩盐中Co和O之间像CaCoO层。它可以观察到从表 2绑定长度与Ca之间波动₂有限公司₂O₅的外部压力下,1 GPa并不成比例。随着外部压力是各向同性,所以可以看出,应力和应变的反应microarchitechture不是各向同性的。同样的情况是绑定在像CaCoO岩盐层以及CdI₂像首席运营官₂层。绑定在CaCoO O-Co-O角层从159.610°增加到161.355°,表明微体系结构变化引起的外部压力。第三,从表 2的绑定号码从0.53下降至0.52,和其他绑定号码Co-O绑定在CdI保持稳定₂像首席运营官₂层。然而,一个绑定数据从0.40增加到0.41;其他绑定号码保持不变等Co-O绑定在岩盐CaCoO层。此处可以得出在外部压力范围内,共价Co-O绑定在像CaCoO岩盐层增强;然而,在CdI共价Co-O绑定₂像首席运营官₂层是削弱。转向Ca-O组合在岩盐像CaCoO层;他们的绑定号码仍然是有趣的是安静的。Ca-O绑定强度不敏感到外部应用范围内的应力和应变。

图 4显示了完整的能量范围自旋电子乐队结构的夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料与外部的压力1 GPa,费米能级相对设置为0 eV,和其他能级决定之后通过比较与费米能级。图 5显示了完整的能量范围自旋电子态密度的夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料与外部压力的GPa。的确,乐队是各向异性,特别是对于一个乐队在费米能级附近。可以看出,Ca的向上价电子₂有限公司₂O₅形成五个乐队在整个能量范围内;他们找到附近−38.5 eV,−19.5 eV,−17 eV,费米能级,5电动汽车。Ca的向下的价电子₂有限公司₂O₅形成六个乐队在整个能量范围内,可以探测到附近的新乐队1.5 eV。它也可以观察到从图 4远离费米能级的深沉的价带和导带更轻更重的向上和向下的电子( 13, 14]。附近有一个明显的乐队浓度−19.5 eV,和电子之间的强相互作用可以观察到附近−2.5 eV,如图 5。

图 6带隙结构显示了自旋电子的费米能级附近夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料与外部压力的GPa。图 7显示了费米能级附近的电子自旋态密度的夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料与外部压力的GPa。自旋向上的电子能带结构,一个乐队谷位于4.0485 eV和一个乐队峰值位于1.9680 eV,和有一个间接能隙2.0805 eV。调查在我们以前的研究,向上乐队的能隙2 eV高于费米能级和能隙0.1 eV低于费米能级的Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料。0.1 eV低于费米能级的能量差距消失的Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料的外部压力下1 GPa。下自旋的电子能带结构,乐队山谷定位在3.5112 eV和0.5647 eV,乐队峰定位在2.4023 eV和−0.04 eV,和有两个能源缺口1.1089 eV和0.6047 eV。他们是间接和直接的差距,差距。它也被调查在我们的研究下自旋前乐队有两个以上0.8 eV和0.3电动汽车能源缺口费米能级。Ca的能源缺口都减少了₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料的外部压力下1 GPa。可以看出,能源缺口的向上和向下的电子交叉都缩小了。

从图可以看出 7这个州的密度低于费米能级在很大程度上是由p轨道电子和态密度高于费米能级在很大程度上是由d电子状态。p轨道电子形式主要乐队低于费米能级,和d状态电子形式主要是乐队高于费米能级。此外,可以说,从p轨道电子d轨道电子应该产生传导过程,他们应该负责电子热容这种Ca的一部分₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料。

图 8显示详细的态密度的岩盐CaCoO和CdI₂像首席运营官₂层的费米能级附近夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料与外部压力的GPa。图 9显示状态的密度值的费米能级夹在Ca₂有限公司₂O₅,岩盐像CaCoO, CdI₂像首席运营官₂层,以及物种形成这些层。标有数字1的值是夹在Ca₂有限公司₂O₅1 GPa的水晶氧化物材料与外部压力,和标有数字0的值是内在的夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料,没有外部压力。可以看出国家的总密度值像CaCoO岩盐层费米能级是2.3742;贡献82%的总密度状态值为2.8836。因此,国家的总密度值部分Ca的费米能级₂有限公司₂O₅在很大程度上也是由CaCoO层。然而,对于内在Ca₂有限公司₂O₅,总密度的值相同的费米能级层是4.47;贡献84%的总密度状态值为5.31。这一层的态密度的比例从84%下降到82%。金属固体的电子性质是由费米能级附近的电子;确定的能力这一层的传输性能降低。也可以看到总态密度值低于费米能级的这一层主要是由p轨道电子,和国家的总密度值高于费米能级的这一层主要是由d轨道电子。可以看出,CdI的总密度值₂像首席运营官₂在费米能级层是0.5093;贡献18%的总密度状态值为2.8836。然而,对于内在Ca₂有限公司₂O₅,同一层的总密度的值在费米能级是0.83;贡献16%的总密度状态值为5.31。这一层的态密度的比例从16%上升到18%。正是看到这一层决定电子性质得到了增强。也可以看到总态密度值低于费米能级的这一层主要是由p轨道电子;国家的总密度值高于费米能级的这一层主要是由d轨道电子。

图 10显示了详细的态密度Ca, Co, O在岩盐CaCoO费米能级附近的夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料与外部压力的GPa。这是观察到的总密度的状态值,有限公司和O在费米能级是0.0197,0.565,和1.7465;他们贡献0.8%,24%和75.2%的总密度状态值为2.3742的这一层。然而,与Ca₂有限公司₂O₅Ca的总密度的值,有限公司和O费米能级是0.09,2.08,和2.30;他们贡献2%,47%和51%的总密度状态值。它可以表示的能力导致电子Ca和性能却降低了;O的能力导致的电子性能增强。从数据可以得出结论 9和 10的总态密度CaCoO层的费米能级轨道的主要由电子有限公司d和O p。这是一样的Ca₂有限公司₂O₅。推断,这两种轨道电子在这个层导致传导过程。

图 11显示公司的详细的态密度在CdI和O₂像首席运营官₂层的费米能级附近夹在Ca₂有限公司₂O₅水晶氧化物材料与外部压力的GPa。可以看出公司的总密度的值和O费米能级是0.1854和0.3237;他们贡献36%和64%的总密度这一层的状态值为0.5093。然而,对于同行Ca₂有限公司₂O₅,公司的总密度的值和O在费米能级是0.36和0.48;他们贡献43%和57%的总密度状态这一层的价值。它可以表明,导致电子有限公司的性质的能力是增强;导致的电子性质的能力却降低了。从数据可以得出结论 9- - - - - - 11CaCoO层的总态密度的费米能级轨道电子的主要由公司d和O p。这是一样的Ca₂有限公司₂O₅。推断,这两种轨道电子在这个层导致传导过程。

总之,几何结构、微体系结构相稳定性,电子能带结构,电子态密度、物种复合,电子导电夹Ca的属性₂有限公司₂O₅与外部压力1 GPa集中研究框架内的密度泛函理论计算和分析方法。对称类型不影响,空间群保持原状。几何是沿着一个方向敏感的strain-to-stress响应;它是不敏感的 c方向。微体系结构的应变诱导由外部应力各向异性,表明不同的绑定的特征。Ca和O之间的距离大于那些公司和O之间的共同点,有更强的共价结合公司和O . Co和O在CdI之间的绑定₂像首席运营官₂非常共价比岩盐中Co和O之间像CaCoO层。共价Co-O绑定在岩盐像CaCoO层增强;然而,在CdI共价Co-O绑定₂像首席运营官₂层是削弱了在外部压力。Ca-O绑定力量是麻木不仁的外部压力。内在夹Ca₂有限公司₂O₅更稳定。0.1 eV低于费米能级的能隙向上电子乐队消失,和两个能源缺口下降到1.1089 eV和0.6047 eV下自旋的电子乐队,分别。p轨道电子形式主要乐队低于费米能级和d状态电子形式主要乐队高于费米能级。转换从p轨道电子d轨道电子产生传导过程。CdI₂像首席运营官₂层进行了增强的涉及1 GPa的传输特性与外部压力。然而,岩盐像CaCoO层表现出相反的特征。CdI的₂像首席运营官₂层,导致运输公司的属性的能力增强,但导致交通属性的能力却降低了。岩盐的像CaCoO层,导致运输的能力属性Ca公司却降低了;导致交通属性的能力增强。