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The Fermi energy as common parameter to describe charge compensation mechanisms: A path to Fermi level engineering of oxide electroceramics

Klein, Andreas ; Albe, Karsten ; Bein, Nicole ; Clemens, Oliver ; Creutz, Kim Alexander ; Erhart, Paul ; Frericks, Markus ; Ghorbani, Elaheh ; Hofmann, Jan Philipp ; Huang, Binxiang ; Kaiser, Bernhard ; Kolb, Ute ; Koruza, Jurij ; Kübel, Christian ; Lohaus, Katharina Natalie Silvana ; Rödel, Jürgen ; Rohrer, Jochen ; Rheinheimer, Wolfgang ; Souza, Roger A. ; Streibel, Verena ; Weidenkaff, Anke ; Widenmeyer, Marc ; Xu, Bai-Xiang ; Zhang, Hongbin (2023)
The Fermi energy as common parameter to describe charge compensation mechanisms: A path to Fermi level engineering of oxide electroceramics.
In: Journal of Electroceramics, 51 (3)
doi: 10.1007/s10832-023-00324-y
Artikel, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

Chemical substitution, which can be iso- or heterovalent, is the primary strategy to tailor material properties. There are various ways how a material can react to substitution. Isovalent substitution changes the density of states while heterovalent substitution, i.e. doping, can induce electronic compensation, ionic compensation, valence changes of cations or anions, or result in the segregation or neutralization of the dopant. While all these can, in principle, occur simultaneously, it is often desirable to select a certain mechanism in order to determine material properties. Being able to predict and control the individual compensation mechanism should therefore be a key target of materials science. This contribution outlines the perspective that this could be achieved by taking the Fermi energy as a common descriptor for the different compensation mechanisms. This generalization becomes possible since the formation enthalpies of the defects involved in the various compensation mechanisms do all depend on the Fermi energy. In order to control material properties, it is then necessary to adjust the formation enthalpies and charge transition levels of the involved defects. Understanding how these depend on material composition will open up a new path for the design of materials by Fermi level engineering.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2023
Autor(en): Klein, Andreas ; Albe, Karsten ; Bein, Nicole ; Clemens, Oliver ; Creutz, Kim Alexander ; Erhart, Paul ; Frericks, Markus ; Ghorbani, Elaheh ; Hofmann, Jan Philipp ; Huang, Binxiang ; Kaiser, Bernhard ; Kolb, Ute ; Koruza, Jurij ; Kübel, Christian ; Lohaus, Katharina Natalie Silvana ; Rödel, Jürgen ; Rohrer, Jochen ; Rheinheimer, Wolfgang ; Souza, Roger A. ; Streibel, Verena ; Weidenkaff, Anke ; Widenmeyer, Marc ; Xu, Bai-Xiang ; Zhang, Hongbin
Art des Eintrags: Bibliographie
Titel: The Fermi energy as common parameter to describe charge compensation mechanisms: A path to Fermi level engineering of oxide electroceramics
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 9 August 2023
Verlag: Springer
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: Journal of Electroceramics
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 51
(Heft-)Nummer: 3
Kollation: 31 Seiten
DOI: 10.1007/s10832-023-00324-y
Kurzbeschreibung (Abstract):

Chemical substitution, which can be iso- or heterovalent, is the primary strategy to tailor material properties. There are various ways how a material can react to substitution. Isovalent substitution changes the density of states while heterovalent substitution, i.e. doping, can induce electronic compensation, ionic compensation, valence changes of cations or anions, or result in the segregation or neutralization of the dopant. While all these can, in principle, occur simultaneously, it is often desirable to select a certain mechanism in order to determine material properties. Being able to predict and control the individual compensation mechanism should therefore be a key target of materials science. This contribution outlines the perspective that this could be achieved by taking the Fermi energy as a common descriptor for the different compensation mechanisms. This generalization becomes possible since the formation enthalpies of the defects involved in the various compensation mechanisms do all depend on the Fermi energy. In order to control material properties, it is then necessary to adjust the formation enthalpies and charge transition levels of the involved defects. Understanding how these depend on material composition will open up a new path for the design of materials by Fermi level engineering.

Fachbereich(e)/-gebiet(e): 11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Elektronenmikroskopie
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Elektronenstruktur von Materialien
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > In-Situ Elektronenmikroskopie
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Mechanik Funktionaler Materialien
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Materialmodellierung
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Oberflächenforschung
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Theorie magnetischer Materialien
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Werkstofftechnik und Ressourcenmanagement
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio)
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1548: FLAIR – Fermi Level Engineering Applied to Oxide Electroceramics
Hinterlegungsdatum: 12 Okt 2023 05:20
Letzte Änderung: 26 Jan 2024 09:21
PPN: 512271828
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