Andrejs Česnokovs

Tb3+ dopētā CeO2 aprēķini no pirmajiem principiem

Andrejs Česnokovs¹, Deniss Grjaznovs¹, Jevgeņijs Kotomins^1,2

¹Latvijas UniversitātesCietvielu fizikas institūts, ²Maksa Planka Cietvielu pētījumu institūts, Štutgarte, Vācija

Atomārās un elektroniskās struktūras ar Tb dopētā CeO2-δ tika izrēķinātas no pirmajiem principiem, iekļaujot Hubarda modeļa (GGA+U) stiprus korelācijas efektus. Korektajam Tb oksidēšanas pakāpju (3+ un 4+) aprakstam, dažādas Hubarda U-parametra vērtības tika vienlaicīgi piemērotas Ce un Tb joniem. Tika iegūtas vairākas konfigurācijas ar elektronu lokalizēšanos uz viena vai vairākiem katjoniem, ja līdzās Tb jonam ir skābekļa vakance (VO). Punktveida simetrijas grupu metodes kombinācija ar grupu teorijas analīzi ļāva identificēt pamatstāvokļa konfigurāciju pārlieku elektronu lokalizācijai dažādam katjonu skaitam. Papildus tika iegūta sakarība starp VO veidošanas Gibsa enerģiju un temperatūru.

Pilnās enerģijas starpība starp 3+ un 4+ oksidēšanas pakāpēm ir ļoti maza, tātad šie stāvokļi var līdzāspastāvēt, nepieprasot VO veidošanos (atšķirībā no ar Gd dopēta CeO2). Tomēr elektroniskā cauruma defekts, kas veidojas uz skābekļa atomiem līdztekus Tb3+, tika izteikti delokalizēts. Tb dopēšanas ietekmē VO veidošanas Gibsa enerģija pazeminās aptuveni četrkārt salīdzinājumā ar tīru CeO2. Mazā polarona veidošanas enerģija sasniedz minimumu, ja Ce3+ un Tb3+ ir VO tuvākie kaimiņi. Šāda konfigurācija ir saskaņā ar literatūrā aprakstītiem optiskiem mērījumiem.

Autoru atbalsta mecenāts SIA “Mikrotīkls”. Ziedojumu administrē Latvijas Universitātes fonds.