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阴极材料:氧化铜焕发生机

发布:txteho 浏览:588次

“自旋极化子”的形成源于磁性氧化物中强烈的自旋-电荷-晶格相互作用,这导致载流子的局域化,并伴随着局域磁化和晶格畸变。氧化铜(CuO),其为一种有前景的光阴极材料,且与高温超导体有多种相似的重要性质。CuO中自旋极化子在铜原子上形成,通过其跳跃传导来传输空穴,并伴随铜原子上的自旋翻转。自旋极化子的形成导致跳跃需要克服的激活能不仅与强电-声耦合相关,而且还与强磁耦合相关。总的来说,这些效应导致了CuO中低载流子传导,阻碍其实际应用。

为克服这一重要瓶颈,来自加州大学圣克鲁兹分校和威斯康星大学麦迪逊分校的Yuan Ping教授基于第一原理计算揭示了掺杂同时改善磁性氧化物(如CuO)中空穴浓度和跳跃迁移率的机制。具体地,以Li掺杂为例,发现Li具有低的缺陷电离能,因而可提高空穴浓度,同时通过降低电-声和磁耦合相关的势垒,改善了跳跃迁移率。最后,通过合成Li掺杂的CuO电极,从实验上验证了理论预测的增强载流子传导,即在掺杂的电极中获得了相比未掺杂电极更强的光电流,利用非磁性浅能级掺杂是改善磁性氧化物电导率的有效途径。

第一性原理计算揭示了利用掺杂提升氧化铜(CuO)电导率的机制。自旋极化子,即晶格畸变与自旋耦合共同激发的准粒子,其形成不利于载流子的传输,阻碍CuO作为阴极材料在光电化学电池或气体传感器方面的应用。来自加州大学圣克鲁兹分校和威斯康星大学麦迪逊分校的Yuan Ping教授等,分析了用锂掺杂来提升CuO电导率的可能性。他们的计算表明,锂掺杂同时降低了电-声及磁耦合导致的载流子跳跃势垒,同时提高了载流子浓度。他们进一步制备了锂掺杂CuO电极,与未掺杂CuO电极相比,其光电流得到了增强。这一结果可看作是一种提升磁性氧化物导电性的通用策略.

来源:npj计算材料学(该文近期发表于npj Computational Materials 4: 61 (2018)})

江苏AG国际厅游戏 金属工业有限公司专业生产氧化铜,广泛应用于磁性材料、陶瓷着色、烟花中,质量稳定,在光阴极材料方面也有较大前景。

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