On the mobility of carriers at semi-coherent oxide heterointerfaces

文献情報

出版日 2017-08-17
DOI 10.1039/C7CP04884J
インパクトファクター 3.676
著者

Pratik P. Dholabhai, Enrique Martínez, Nicholas T. Brown, Blas Pedro Uberuaga


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要旨

In the quest to develop new materials with enhanced ionic conductivity for battery and fuel cell applications, nano-structured oxides have attracted attention. Experimental reports indicate that oxide heterointerfaces can lead to enhanced ionic conductivity, but these same reports cannot elucidate the origin of this enhancement, often vaguely referring to pipe diffusion at misfit dislocations as a potential explanation. However, this highlights the need to understand the role of misfit dislocation structure at semi-coherent oxide heterointerfaces in modifying carrier mobilities. Here, we use atomistic and kinetic Monte Carlo (KMC) simulations to develop a model of oxygen vacancy migration at SrTiO3/MgO interfaces, chosen because the misfit dislocation structure can be modified by changing the termination chemistry. We use atomistic simulations to determine the energetics of oxygen vacancies at both SrO and TiO2 terminated interfaces, which are then used as the basis of the KMC simulations. While this model is approximate (as revealed by select nudged elastic band calculations), it highlights the role of the misfit dislocation structure in modifying the oxygen vacancy dynamics. We find that oxygen vacancy mobility is significantly reduced at either interface, with slight differences at each interface due to the differing misfit dislocation structure. We conclude that if such semi-coherent oxide heterointerfaces induce enhanced ionic conductivity, it is not a consequence of higher carrier mobility.

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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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