Co3＋离子自旋态对六方相LaCoO3的低指数晶面稳定性影响的密度泛函理论研究

通过第一性原理计算方法，大多数理论研究显示LaCoO3中（1102）-CoO2终结面不能稳定存在，这与实验观察结果不相符．在之前的研究当中除了LaCoO3的晶体结构以外，Co3＋离子的自旋对其晶面稳定性影响并没有被很好地考虑．通过测试六方相LaCoO3中不同Co3＋离子的自旋态：低自旋（LS）、中自旋（IS）和高自旋（HS），计算并比较了这些晶面在铁磁和反铁磁两种组态下的表面自由能．计算结果表明Co3＋离子的自旋对LaCoO3晶面稳定性有着很大的影响．不同于前人的研究结果，稳定性相图显示（1102）．CoO2终结面在O-rich的情况下能够稳定存在，这使理论计算与实验结果达成一致．另外，计算了...

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Published in化学物理学报 Vol. 30; no. 3; pp. 295 - 302
Main Author 吴丹 陈功东 葛超逸 胡振芃 何学浩 李新刚
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 2017
Subjects
DFT＋U
自旋态
表面
钙钛矿
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ISSN1674-0068
2327-2244

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Summary:通过第一性原理计算方法，大多数理论研究显示LaCoO3中（1102）-CoO2终结面不能稳定存在，这与实验观察结果不相符．在之前的研究当中除了LaCoO3的晶体结构以外，Co3＋离子的自旋对其晶面稳定性影响并没有被很好地考虑．通过测试六方相LaCoO3中不同Co3＋离子的自旋态：低自旋（LS）、中自旋（IS）和高自旋（HS），计算并比较了这些晶面在铁磁和反铁磁两种组态下的表面自由能．计算结果表明Co3＋离子的自旋对LaCoO3晶面稳定性有着很大的影响．不同于前人的研究结果，稳定性相图显示（1102）．CoO2终结面在O-rich的情况下能够稳定存在，这使理论计算与实验结果达成一致．另外，计算了稳定晶面在不同自旋组态下的氧空位生成能（Eov）．这些可能暴露终结面的（Eov）主要取决于Co3＋离子的自旋态：高自旋（HS）的（Eov）比其他自旋态的要低．这表明可以通过直接调变Co3＋离子的自旋态来调变LaCoO3材料的性质．
Bibliography:34-1295/O6
DFT＋U, Spin state, Surface, Perovskite
Dan Wua,b, Gong-dong Chena,b, Chao-yi Gea,b, Zhen-peng Hub,c, Xue-hao Hed, Xin-gang Lia,b（ a. b. c. d. Tianjin Key Laboratory of Applied Catalysis Science ＆ TechnoloEy （Tianjin）, Tianjin 300072, China Collaborative Innovation Center for Chemical Science gz EnEineering （Tianjin）, Tianjin 300072, China SchOol of Physics, Nankai Universiy Tianjin 300071, China Department of Chemistry, School of Science, Tianjin University, Tianjin 300072, China）
By the first-principles calculations, most studies indicated that the （1102）-CoO2 termination of LaCoO3 cannot be stabilized, which disagrees with the experimental observation. Besides the crystal structure, we found that the spin states of Co3＋ ions could affect surface stability, which previously were not well considered. By examining the different states of Co3＋ ions in hexagonal-phase LaCoO3, including low spin, intermediate spin, and high spin states, the surface grand potentials of these facets are calculated and compa
ISSN:1674-0068
2327-2244