Polarons and Charge Transfer in FeCr2O4 Chromite Treated by the DFT + U Method

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The electronic structure of chromite (FeCr2O4 spinel) is described and the orbital ordering, band gap, and charge transfer are analyzed consistently in the framework of density functional theory taking into account strong electron correlations (DFT + U method). It is shown that the top of the chromite valence band in this model is formed by the ordered t2g orbitals of iron atoms located at tetrahedral sites, and the formation of hole polarons occurs involving just these orbitals. The nonadiabatic activation barrier determining the hole polaron transport is considered. The results of calculations of the band gap and activation energy are compared to the available experimental data.

Авторлар туралы

N. Fominykh

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences, 125412, Moscow, Russia; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University), 141700, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

Email: fominykh.na@phystech.edu

V. Stegaylov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences, 125412, Moscow, Russia; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University), 141700, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia; HSE University, 101000, Moscow, Russia

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: stegailov.vv@phystech.edu

Әдебиет тізімі

  1. A. O. Sboychakov, A. L. Rakhmanov, and K. I. Kugel, J. Phys. Condens. Matter 22(41), 415601 (2010).
  2. Е. И. Шнейдер, И. А. Макаров, М. В. Зотова, and С. Г. Овчинников, ЖЭТФ 153(5), 820 (2018).
  3. E. I. Shneyder, S. V. Nikolaev, M. V. Zotova, R. A. Kaldin, and S. G. Ovchinnikov, Phys. Rev. B 101(23), 235114 (2020).
  4. Е. Д. Чернов, А. В. Лукоянов, В. И. Анисимов, ЖЭТФ 159(4), 644 (2021).
  5. П. А. Агзамова, С. В. Стрельцов, Физика твердого тела 64(1), 144 (2022).
  6. I. V. Leonov, JETP Letters 116, 884 (2022).
  7. P. V. B. Pinho, A. Chartier, D. Menut, A. Barbier, M. O. J. Y. Hunault, Ph. Ohresser, C. Marcelot, B. Warot-Fonrose, F. Miserque, and J.-B. Moussy, Applied Surface Science 615, 156354 (2023).
  8. N. A. Fominykh, V. P. Nikolskiy, and V. V. Stegailov, Comput. Mater. Sci. 220, 112061 (2023).
  9. D. A. Kolotinskii, V. S. Nikolaev, V. V. Stegailov, and A. V. Timofeev, Corros. Sci. 211, 110829 (2023).
  10. H.-T. Jeng, G. Y. Guo, and D. J. Huang, Phys. Rev. Lett. 93(15), 156403 (2004).
  11. J.-E. Lorenzo, C. Mazzoli, N. Jaouen, C. Detlefs, D. Mannix, S. Grenier, Y. Joly, and C. Marin, Phys. Rev. Lett. 101(22), 226401 (2008).
  12. M. S. Senn, I. Loa, J. P. Wright, and J. P. Att eld, Phys. Rev. B 85(12), 125119 (2012).
  13. H. Liu and C. D. Valentin, J. Phys. Chem. C 121(46), 25736 (2017).
  14. E. Baldini, C. A. Belvin, M. Rodriguez-Vega, I. O. Ozel, D. Legut, A. Kozlowski, A. M. Ole's, K. Parlinski, P. Piekarz, J. Lorenzana, G. A. Fiete, and N. Gedik, Nature Phys. 16(5), 541 (2020).
  15. A. D. Rowan, C. H. Patterson, and L. V. Gasparov, Phys. Rev. 79(20), 205103 (2009).
  16. J. Noh, O. I. Osman, S. G. Aziz, P. Winget, and J.-L. Br'edas, Chem. Mater. 27(17), 5856 (2015).
  17. М. И. Шутикова, В. В. Стегайлов, ЖЭТФ 160(2), 249 (2021).
  18. M. I. Shutikova and V. V. Stegailov, J. Phys. Condens. Matter 34(47), 475701 (2022).
  19. V. I. Anisimov, J. Zaanen, and O. K. Andersen, Phys. Rev. B 44(3), 943 (1991).
  20. T. L. Sudesh, L. Wijesinghe, and D. J. Blackwood, J. Phys. Conf. Ser. 28, 74 (2006).
  21. A. Boudjemaa, R. Bouarab, S. Saadi, A. Bouguelia, and M. Trari, Appl. Energy 86(7-8), 1080 (2009).
  22. Th. Ramachandran and F. Hamed, Mater. Res. Bull. 95, 104 (2017).
  23. J. A. Grisales Cer'eon, D. A. Land'ınez T'ellez, and J. Roa-Rojas, J. Electron. Mater. 51(2), 822 (2022).
  24. D. Santos-Carballal, A. Roldan, R. Grau-Crespo, and N. H. de Leeuw, Phys. Rev. B 91(19), 195106 (2015).
  25. C. Benhalima, S. Amari, L. Beldi, and B. Bouhafs, Spin 9, 1950014 (2019).
  26. Li Sun, J. Alloys Compd. 875, 160065 (2021).
  27. D. A. Andersson and Ch. R. Stanek, Phys. Chem. Chem. Phys. 15(37), 15550 (2013).
  28. Ch. Li, P. Li, L. Li, D. Wang, X. Gao, and X. J. Gao, RSC Adv. 11(35), 21851 (2021).
  29. D. Ihle and B. Lorenz, Journal of Physics C: Solid State Physics 19(26), 5239 (1986).
  30. B. Gillot, J. F. Ferriot, and A. Rousset, J. Phys. Chem. Solids 37(9), 857 (1976).
  31. J. Nell and B. J. Wood, Am. Mineral. 76(3-4), 405 (1991).
  32. G. Kresse and J. Hafner, Phys. Rev. B 47(1), 558 (1993).
  33. G. Kresse and J. Furthmu¨ller, Phys. Rev. B 54(16), 11169 (1996).
  34. S. L. Dudarev, G. A. Botton, S. Y. Savrasov, C. J. Humphreys, and A. P. Sutton, Phys. Rev. B 57(3), 1505 (1998).
  35. V. Stegailov, G. Smirnov, and V. Vecher, Concurrency and Computation: Practice and Experience 31(19), e5136 (2019).
  36. Koichi Momma and Fujio Izumi, J. Appl. Crystallogr. 44(6), 1272 (2011).
  37. H. J. Levinstein, M. Robbins, and C. Capio, Mater. Res. Bull. 7(1), 27 (1972).
  38. N. Iordanova, M. Dupuis, and K. M. Rosso, J. Chem. Phys. 122(14), 144305 (2005).
  39. N. Iordanova, M. Dupuis, and K. M. Rosso, J. Chem. Phys. 123(7), 074710 (2005).
  40. Th. Maxisch, F. Zhou, and G. Ceder, Phys. Rev. B 73(10), 104301 (2006).
  41. N. A. Deskins and M. Dupuis, Phys. Rev. B 75(19), 195212 (2007).
  42. F. N. Skomurski, S. Kerisit, and K. M. Rosso, Geochim. Cosmochim. Acta 74(15), 4234 (2010).
  43. J. J. Plata, A. M. Marquez, and J. F. Sanz, J. Phys. Chem. C 117(28), 14502 (2013).
  44. Ch. W. M. Castleton, A. Lee, and J. Kullgren, J. Phys. Chem. C 123(9), 5164 (2019).
  45. D. Emin and T. Holstein, Ann. Physics 53(3), 439 (1969).
  46. T. Holstein, Ann. Physics 281(1-2), 725 (2000).
  47. I. G. Austin and N. Fr. Mott, Adv. Phys. 18(71), 41 (1969).
  48. R. A. Marcus and N. Sutin, Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Bioenergetics 811(3), 265 (1985).
  49. R. A. Marcus, Rev. Mod. Phys. 65(3), 599 (1993).
  50. Y. Natanzon, A. Azulay, and Y. Amouyal, Israel Journal of Chemistry 60(8-9), 768 (2020).
  51. N. A. Deskins, P. M. Rao, and M. Dupuis, Charge carrier management in semiconductors: modeling charge transport and recombination, in Springer Handbook of Inorganic Photochemistry, Springer, Cham (2022), p. 365.
  52. T. J. Smart, T. A. Pham, Y. Ping, and T. Ogitsu, Physical Review Materials 3(10), 102401 (2019).
  53. Ch. S. Ahart, K. M. Rosso, and J. Blumberger, J. Am. Chem. Soc. 144(10), 4623 (2022).
  54. A. Yildiz, S. B. Lisesivdin, M. Kasap, and D. Mardare, Physica B: Condensed Matter 404(8-11), 1423 (2009).
  55. M. E. Saleta, D. P. Valdes, L. Mogni, D. Tobia, S. J. A. Figueroa, J. C. Mauricio, E. Lima Jr, G. Zampieri, and R. D. S'anchez, J. Phys. Chem. A 125(17), 9371 (2021).

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».