Projekta nosaukums: Itrija oksīdu un oksihidrīdu modelēšana no pirmājiem principiem: defekti, elektroniskās īpašības un pielietojumi viedos materiālos
Pētniecības pieteikuma nr.: 1.1.1.9/LZP/1/24/012
Projekta ilgums: 01.03.2025.-29.02.2028.
Projekta vadītājs: Dr.phys. Aleksejs Gopejenko
Kopējais finansējums: 184 140 EUR
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansējums: 156 519 EUR
LU CFI finansējums: 9 207 EUR
Projekta kopsavilkums:
Projekta mērķis ir izstrādāt uzticamus ab initio aprēķinu modeļus retzemju oksīdiem un oksihidrīdiem, īpaši fokusējoties uz YO un YHO. Šiem materiāliem ir daudzsološi pielietojumi energoefektīvās tehnoloģijās, piemēram, viedajos logos. Pētījums analizēs kā struktūras sastāvs un defekti ietekmē to īpašības, veicinot inovatīvu funkcionālo materiālu attīstību.
PROJEKTA PROGRESS
Laikaposms: 01.03.2025. – 28.08.2025.
Darba paka 1 (WP1) bija veltīta aprēķinu parametru pielāgošanai un teorētiskā modeļa izstrādei, lai nodrošinātu uzticamu Y, YO un YHO tilpuma un elektronisko īpašību paredzēšanu (1.–6. mēneši). WP1 mērķi ir pilnībā sasniegti.
Veikta visaptverošā aprēķinu parametru verifikācija, lai nodrošinātu rezultātu precizitāti un reproducējamību. Sistēmiski analizēta Monkhorst-Pack režģa ietekme uz Briljēna zonu, kā arī tilpuma un superšūnu aprēķinu konverģenci. Īpaša uzmanība pievērsta defektu superšūnu konverģencei, lai minimizētu mākslīgu mijiedarbību starp periodiskajiem attēliem. Balstoties uz atbilstību literatūras datiem, pārbaudītas vairākas apmaiņas-korelācijas funkcionāļi, un noteikts galīgais aprēķinu protokols ,. Izvēlētā modeļa uzticamība apstiprināta, salīdzinot ar pieejamiem eksperimentālajiem mērījumiem un teorētiskajiem pētījumiem.
Galvenie rezultāti
YO līdzsvara režģa konstante aprēķināta kā 4,78 Å, kas ir ļoti labi atbilst literatūrā minētai vērtībai 4,87 Å.
Elektronisko stāvokļu blīvuma (DOS) analīze parādīja, ka YO uzvedās kā metāliska tipa materiāls: skābekļa atomi dominē valences zonā, bet itrija atomi – vadāmības zonā.
Ūdeņraža ievadīšana YO struktūrā (YOH) izraisīja režģa paplašināšanu līdz 5,61 Å, kā arī lokālas deformācijas atkarībā no ūdeņraža atomu novietojuma tetraedriskās starpmezglu pozīcijās.
YOH identificēts kā pusvadītājs ar aprēķināto aizliegto zonu – 3,13 eV. Valences zonu galvenokārt veido skābekļa un ūdeņraža ieguldījumi, bet vadāmības zonā dominē itrija ieguldījums.
Šie rezultāti apliecina, ka ūdeņraža ievadīšana būtiski ietekmē gan strukturālās, gan elektroniskās īpašības, pārveidojot YO no metāliska uz pusvadītāja stāvokli.
Notiekošie darbi
WP2 īstenošana ir procesā, nodrošinot pētniecības programmas nepārtrauktību. Ir uzsākti aprēķini Y režģim ar O un H defektiem. Šie pētījumi sniegs papildu izpratni par defektu izraisītajām strukturālajām un elektroniskajām īpašību izmaiņām itrija bāzes materiālos.
Secinājums
WP1 aktivitātes ir pilnībā pabeigtas. Aprēķinu ietvaros bija optimizēts un izveidots validēts teorētiskais modelis. Y, YO un YHO tilpuma un elektroniskās īpašības ir sistemātiski raksturotas. Iegūtie rezultāti nodrošina stabilu pamatu turpmākiem pētījumiem par defektstruktūrām un funkcionālajām īpašībām retzemju oksīdu materiālos.