Thermodynamic properties of neutral and charged oxygen vacancies in BaZrO3 based on first principles phonon calculations

文献情報

出版日 2015-07-27
DOI 10.1039/C5CP02529J
インパクトファクター 3.676
著者

Tor S. Bjørheim, Marco Arrigoni, Denis Gryaznov, Joachim Maier


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要旨

The structural, electronic and thermodynamic properties of neutral and positively doubly charged oxygen vacancies in BaZrO3 are addressed by first principles phonon calculations. The calculations are performed using two complementary first principles approaches and functionals; the linear combination of atomic orbitals (LCAO) within the hybrid Hartree–Fock and density functional theory formalism (HF-DFT), and the projector augmented plane wave approach (PAW) within DFT. Phonons are shown to contribute significantly to the formation energy of the charged oxygen vacancy at high temperatures (∼1 eV at 1000 K), due to both its large distortion of the local structure, and its large negative formation volume. For the neutral vacancy, the resulting lattice distortions, and thus the contributions from phonons to the free formation energy, are significantly smaller. As a result, phonons affect the relative stability of the two defects at finite temperatures and the charge transition level for oxygen vacancies (+2/0) changes from 0.42 to 0.83 eV below the conduction band bottom from 0 K to 1000 K.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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