Co3＋离子自旋态对六方相LaCoO3的低指数晶面稳定性影响的密度泛函理论研究

摘要

通过第一性原理计算方法，大多数理论研究显示LaCoO3中（1102）-CoO2终结面不能稳定存在，这与实验观察结果不相符．在之前的研究当中除了LaCoO3的晶体结构以外，Co3＋离子的自旋对其晶面稳定性影响并没有被很好地考虑．通过测试六方相LaCoO3中不同Co3＋离子的自旋态：低自旋（LS）、中自旋（IS）和高自旋（HS），计算并比较了这些晶面在铁磁和反铁磁两种组态下的表面自由能．计算结果表明Co3＋离子的自旋对LaCoO3晶面稳定性有着很大的影响．不同于前人的研究结果，稳定性相图显示（1102）．CoO2终结面在O-rich的情况下能够稳定存在，这使理论计算与实验结果达成一致．另外，计算了稳定晶面在不同自旋组态下的氧空位生成能（Eov）．这些可能暴露终结面的（Eov）主要取决于Co3＋离子的自旋态：高自旋（HS）的（Eov）比其他自旋态的要低．这表明可以通过直接调变Co3＋离子的自旋态来调变LaCoO3材料的性质．