凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2025年4月2日
(此版本)
, 最新版本 2025年6月18日 (v2)
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标题: 脱钠态Na$_{2}$Mn$_3$O$_7$中的Grotthuss型氧空位极化子输运
标题: Grotthuss-type oxygen hole polaron transport in desodiated Na$_{2}$Mn$_3$O$_7$
摘要: 极化子是在极化材料中电子或空穴与离子振动耦合而产生的准粒子。通常,它们要么局限在单个原子位点上,要么分散在多个位点上。然而,在Na$_{2}$Mn$_{3}$O$_{7}$脱 sodiation 后,我们识别出了一种罕见的分裂空穴极化子,其中单个空穴分布在两个相邻的氧原子之间,而不是完全局限或分散。 我们提出了一个密度泛函理论(DFT)研究,探讨了这些氧空穴极化子在NaMn$_{3}$O$_{7}$和Na$_{1.5}$Mn$_{3}$O$_{7}$中的迁移和传输特性。我们的计算揭示,在钠空位附近,分裂极化子构型是基态,而局域化极化子则作为过渡态。迁移通过沿$b$轴逐步电荷转移机制发生,在此过程中分裂空穴极化子通过局域化空穴态进行转变。这种传输行为与Grotthuss机制非常相似,该机制描述了H$_{2}$O中的质子传输。 我们计算了极化子的迁移率,表示为 $\mu$ = 1.37 $\times$ 10$^{-5}$ cm$^2$/(V$\cdot$s),能量势垒为 242 meV。 利用Mulliken-Hush理论,我们确定电子耦合参数 $V_{AB}$ = 0.87 eV。 在 Na$_{1.5}$Mn$_{3}$O$_{7}$中观察到类似的迁移机制,分裂极化子在这种情况下比局域态更加稳定。 本研究首次对分裂空穴极化子的迁移进行了理论探索,为具有广泛功能材料(包括电池正极、热电材料、光催化剂以及下一代光电设备)中的奇异极化子物种的电荷传输提供了新的见解。
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