用电子显微镜探测的高热氧化物薄膜中的化学环境和结构变化
Leixin Miao1, Jacob T Sivak2, George Kotsonis1
1Department of Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802, United States.
ACS nano
|May 31, 2024
概括
在MgCoNiCuZnO等高氧化物 (HEO) 中控制生长温度,可以调整材料的性能. 较低的温度会产生阴离子缺陷,改变结构和化学物质,以形成超稳定的结构.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态化学 固态化学
- 薄膜沉积的情况
背景情况:
- 由于其复杂的组成,高氧化物 (HEO) 具有可调节的特性.
- 控制薄膜生长条件对于实现所需材料特性至关重要.
- 了解HEO中的结构-属性关系是高级应用的关键.
研究的目的:
- 为了研究基板温度对MgCoNiCuZnO (J14) 薄膜的结构和化学性能的影响.
- 为了将生长温度的变化与阴离子缺乏和晶格参数相关联.
- 探索HEO中工程元稳定配置的潜力.
主要方法:
- 脉冲激光沉积 (PLD) 用于种植堆叠的表轴薄膜.
- 分析传输电子显微镜 (TEM),包括扫描TEM (STEM) 和四维STEM (4D-STEM).
- 电子能量损失光谱 (EELS) 和能量散射X射线光谱 (EDX) 用于化学分析.
- 开始密度函数理论 (DFT) 计算用于验证.
主要成果:
- 在500°C和200°C生长的层之间观察到平面外格子参数的明显差异.
- 较低的生长温度 (200°C) 导致了离子氧化状态和结合环境的显著变化.
- 较低的生长温度导致了阴离子缺乏的增加和格子参数的减少,同时保持单相.
- DFT的计算证实了空缺的职位引发了实质性的电子和结构修改.
结论:
- 基板温度是控制HEO薄膜中阴离子缺乏和结构演变的关键参数.
- 通过操纵生长动力学和热力学,可以访问HEO中的超稳定配置.
- 这种方法使得高氧化物材料的功能性质的工程能够在不改变离子固态度的情况下实现.
