First principles hybrid Hartree–Fock–DFT calculations of bulk and (001) surface F centers in oxide perovskites and alkaline-earth fluorides

Анотація

Представлено результати ab initio розрахунків та аналізу характеристик F центрів у об’ємі та на поверхні (001) оксидних перовскитів, таких як BaTiO₃, SrTiO₃, SrZrO₃, з подальшим їх порівнянням з F центрами у фторидах лужноземельних металів (CaF₂, BaF₂ та SrF₂). Виявлено, що у F центрах у перовскітах як в об’ємі, так і на поверхні (001), два найближчі до вакансії атома Ti або Zr взаємно відштовхуються, а наступні найближчі атоми O релаксують до кисневої вакансії. Встановлено, що отримані релаксації атомів у найближчому оточенні навколо F центру в перовскитах ABO₃ в цілому більші, ніж у фторидах лужноземельних металів. Основні стани об’ємного та (001) поверхневого F центрів у перовскитах BaTiO₃, SrTiO₃, SrZrO₃ знаходяться на 0,23, 0,69, 1,12 еВ та 0,07, 0,25, 0,93 еВ нижче за дно зони провідності, це вказує на те, що F центр є дрібним донором. Вакансії в BaTiO₃, SrZrO₃ та PbZrO₃ зайняті зарядами 1,103e, 1,25e та 0,68e, тоді як дещо менші заряди, 1,052e, 1,10e та 0,3e, локалізовані всередині F центру на поверхні (001) перовскита. На відміну від частково ковалентних перовскитів ABO₃, заряд добре локалізований (близько 80 %) всередині вакансій фтору в іонних фторидах CaF₂, BaF₂ та SrF₂