The connection between electronic structure and dynamic properties of sodium bismuth titanate through Ab initio modeling
Ceramiki oparte na perowskicie Na₀.₅Bi₀.₅TiO₃ (NBT) wzbudziły zainteresowanie ze względu na swoje właściwości ferroelektryczne, wysoką temperaturę Curie (∼ 325 °C) oraz dużą polaryzację resztkową (~38 × 10⁻⁶ Ccm⁻²). Co ciekawe, NBT wykazuje również wysoką przewodność jonów tlenkowych, gdy stosunek molowy Na:Bi jest większy niż jeden, natomiast przewodność jest znacznie niższa, gdy stosunek ten jest równy lub mniejszy od jedności. Pomimo intensywnych badań naukowych, zjawisko to wciąż nie doczekało się pełnego wyjaśnienia. W niniejszej pracy łączymy pomiary eksperymentalne z najnowocześniejszymi metodami teorii funkcjonałów gęstości (Density Functional Theory, DFT), wykorzystując funkcjonał SCAN (Strongly Constrained and Appropriately Normed) wraz z zastosowaniem poprawki Hubbarda, w celu modelowania dynamiki jonów tlenkowych w NBT. Właściwości dynamiczne jonów tlenu korelują z subtelnymi zmianami w strukturze elektronowej, ujawniając powstawanie polaronów. Zaobserwowano, że polarony lokalizują się w pobliżu przestrzennie oddzielonych wakansów jonów tlenkowych, gdy Na:Bi < 1, natomiast przy Na:Bi > 1 tylko połowa wakansów znajduje się w sąsiedztwie polaronów i wzajemnie się przyciąga, co prowadzi do powstawania klastrów wakansów, które stają się centrami mobilności dla dyfundujących jonów.
Artykuł:
Acta Materialia
Autorzy z PW:
Marcin Kryński, Marcin Małys, Konrad Kwatek, Aleksandra Dzięgielewska, Marzena Leszczyńska-Redek, Wojciech Wróbel, Franciszek Krok
Dyscyplina:
Rok wydania: