Anion order in oxysulfide perovskites: origins and implications
Anion order in oxysulfide perovskites: origins and implications
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硫氧化物钙钛矿中的阴离子顺序：起源和影响
DOI：
10.1038/s41524-020-0338-1
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发表时间：
2020
影响因子：
9.7
通讯作者：
Uberuaga, Blas P.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Pilania, Ghanshyam;Ghosh, Ayana;Hartman, Steven T.;Mishra, Rohan;Stanek, Christopher R.;Uberuaga, Blas P.
异阴离子氧硫化钙钛矿化合物代表了一类新兴的新材料，允许在电子结构中具有广泛的可调性，这可能导致各种各样的新颖和改进的功能。与阳离子有序的双钙钛矿不同，在双钙钛矿中，各种实验观察到的阳离子有序的起源和设计规则是众所周知的，阴离子有序在异阴离子钙钛矿中仍然是一个很大程度上未知的领域。在这篇文章中，我们提出并讨论了基于第一性原理的原型阴离子有序SrHf(O0.5S0.5)3oxysulfide化学的电子结构分析所产生的见解，研究了有限大小超级单体中所有可能的阴离子构型。我们证明了首选阴离子顺序总是围绕hfo3s3八面体阴离子的全顺排列。作为超越特定化学的一般发现，这种有序趋势的起源可以追溯到电子、弹性和静电贡献的综合稳定效应。这些定性概念也可以使用最先进的机器学习模型进行量化。我们进一步研究了a （Ca, Sr, Ba）和B （Ti, Zr, Hf）位点化学的相对稳定性，并探测了材料的电子结构和功能的化学依赖趋势。最值得注意的是，我们发现确定的基态阴离子有序打破了反转对称，形成了一个宏观极化为bbb30 μC/cm2的硫化氧铁电体家族，在电子材料应用中具有重要的前景。
Heteroanionic oxysulfide perovskite compounds represent an emerging class of new materials allowing for a wide range of tunability in the electronic structure that could lead to a diverse spectrum of novel and improved functionalities. Unlike cation ordered double perovskites—where the origins and design rules of various experimentally observed cation orderings are well known and understood—anion ordering in heteroanionic perovskites remains a largely uncharted territory. In this contribution, we present and discuss insights that have emerged from our first-principles-based electronic structure analysis of a prototypical anion-ordered SrHf(O0.5S0.5)3oxysulfide chemistry, studied in all possible anion configurations allowed within a finite size supercell. We demonstrate that the preferred anion ordering is always an all-cisarrangement of anions around an HfO3S3octahedron. As a general finding beyond the specific chemistry, the origins of this ordering tendency are traced back to a combined stabilization effect stemming from electronic, elastic, and electrostatic contributions. These qualitative notions are also quantified using state-of-the-art machine learning models. We further study the relative stability of the identified ordering as a function of A (Ca, Sr, Ba) and B (Ti, Zr, Hf) site chemistries and probe chemistry-dependent trends in the electronic structure and functionality of the material. Most remarkably, we find that the identified ground-state anion ordering breaks the inversion symmetry to create a family of oxysulfide ferroelectrics with a macroscopic polarization >30 μC/cm2, exhibiting a significant promise for electronic materials applications.
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DOI：
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发表时间：
1993
期刊：
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作者：
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S. Triebwasser