Ab-initio výpočty elektronických a strukturních vlastností olovo-zirkonátu-titanátu (PZT)

Abstract

Tato práce je zaměřena na výpočty difuzních bariér kyslíkových vakancí v olovo-zirkonátu-titanátu a jeho komponent pomocí teorie funkcionálu hustoty. Zjistili jsme, že velikost bariér je různá v olovo titanátu a olovo zirkonátu, což je způsobené rozdílnou lokalizací elektronů pocházejících ze vzniku kyslíkových vakancí. Difuzní bariéry byly nadále určeny pro směs s vysokým podílem titanu a porovnány s experimentálními výsledky. Přínos této práce spočívá v objasnění neobvykle nízkých difuzních koeficientů, které byly experimentálně měřeny na olovo-zirkonátu-titanátu. Zjistili jsme, že elektronové stavy vyvolané přítomností kyslíkových vakancí vytváří lokální vazby mezi atomy olova, což způsobuje, že kyslíkové vakance jsou nepohyblivé v důsledku zvýšení aktivační energie difuzního procesu.

This work is focused on Density Functional Theory (DFT) calculations of oxygen vacancy diffusion barriers in mixed perovskite lead zirconate titanate and its pure counterparts. We found out that barrier heights are different in lead titanate and lead zirconate caused by the different localization of the excess electrons due to the oxygen vacancy formation. Diffusion barriers were also determined for titanium-rich mixed phases and compared to experimental values. This work contributes to clarify unusually low experimentally measured diffusion coefficients in PZT. We found out that the induced vacancy states are forming localized bonds to the lead atoms which causes the oxygen vacancies to become immobile due to the increase of the activation energy of the diffusion process.