SCMs|层状LiNiO2中的缺陷调制Jahn-Teller效应

LiNiO₂ (LNO)基态的晶体结构和电子结构长期以来存在着实验与理论计算不一致的争议。实验上观测到LNO是空间群为R-3m的半导体并且有局部的Jahn-Teller (JT)畸变，但理论计算却表明它是处于亚稳态的金属并且没有任何的JT畸变。

近日，北京大学深圳研究生院潘锋教授和北京大学郑家新副教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，基于杂化密度泛函理论HSE06，首次模拟了与实验等同浓度(~3%)的Ni/Li反位缺陷对LNO的影响，发现缺陷能够有效调控LNO中的JT效应。在LNO中引入Ni/Li反位缺陷后，其结构发生了局部的JT畸变，并且其带隙值约为0.5 eV，这些计算结果都和实验现象非常吻合。Ni/Li反位通过粒径效应和库伦作用，既能诱发JT畸变，又能阻碍畸变之间的协同作用，避免相变到C2/m，而只产生局部的JT畸变。

图1 Ni离子的三维自旋电子密度图：(a) 不含Ni/Li；(b) 含有Ni/Li。(c) JT畸变的Q₂和Q₃模式。

本文提出了一种新的策略来解释LNO基态晶体结构和电子结构长期以来的争议，对推动富镍层状材料的设计和应用具有重要意义。

文章信息

Weicheng Lin, Yaokun Ye, Taowen Chen, et al. Defect-mediated Jahn-Teller effect in layered LiNiO₂. SCIENCE CHINA Materials, https://doi.org/10.1007/s40843-021-1946-9

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