Probando el trastorno y la distorsión del sitio local en óxidos de pirocloro de alta entropía

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• La cristalografía

Sus antecedentes:

• Los óxidos de alta entropía (HEOs) son materiales con propiedades sintonizables debido a sus composiciones complejas.
• El control del orden y el desorden atómicos locales es crucial para desbloquear todo el potencial de las OES.
• Las HEOs de pirocloro con múltiples cationes de sitio M presentan una plataforma única para estudiar las relaciones estructura-propiedad locales.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar y caracterizar los nuevos OHE de pirocloro con cinco cationes del sitio M (Nd2M2O7).
• Investigar el orden/desorden local de los cationes del sitio M utilizando técnicas experimentales y computacionales avanzadas.
• Establecer correlaciones estructura-propiedad mediante la comprensión de cómo los arreglos atómicos locales influyen en el comportamiento del material.

Principales métodos:

• Análisis de la función de difracción de neutrones y distribución de pares para sondear la estructura atómica local.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) con modelos especiales de estructura cuasi aleatoria (SQS) para calcular los PDF teóricos.
• Simulaciones invertidas de Montecarlo (RMC), dinámica molecular ab initio (AIMD) y Metrópolis Montecarlo (MMC) para analizar el orden / desorden del sitio M.

Principales resultados:

• La estructura promedio de los pirocloros sintetizados es ortorrómbica.
• Nd2 ((Ta0.2Sc0.2Sn0.2Hf0.2Zr0.2) 2O7 exhibe cationes de sitio M altamente aleatorizados / desordenados en la escala local a nano.
• Nd2(Ti0.2Nb0.2Sn0.2Hf0.2Zr0.2) 2O7+ muestra una distorsión significativa del octaedro TiO6 y un orden de corto alcance (SRO) de Ti en la escala subnanométrica, potencialmente intrínseca.

Conclusiones:

• La variación diseñada de los iones del sitio M en HEOs, incluso con radios similares, permite un control preciso de los motivos de orden / desorden locales.
• Comprender y controlar los arreglos atómicos locales es clave para adaptar las propiedades HEO a aplicaciones específicas.
• Los análisis computacionales y experimentales avanzados son esenciales para guiar el ajuste de la estructura-propiedad en las IES.