The paper presents and discusses the results of our performed ab initio calculations for perovskites SrTiO3, BaTiO3, PbTiO3, and SrZrO3 (001) and (111) surfaces by means of the hybrid B3PW or B3LYP description of exchange and correlation. According to our performed ab initio calculations for SrTiO3, BaTiO3, PbTiO3, and SrZrO3 (001) surfaces, in most cases, the upper layer atoms relax inwards, towards the bulk, and the second layer atoms relax upwards. The SrTiO3, BaTiO3, PbTiO3, and SrZrO3 (001) surface energies for AO and BO2-terminations are almost equal. Just opposite, our calculated surface energies for both AO3 and B-terminated (111) surfaces are quite different. Our calculated SrTiO3, BaTiO3, PbTiO3, and SrZrO3 (111) surface energies always are considerably larger than the (001) surface energies. The SrTiO3, BaTiO3, PbTiO3, and SrZrO3 bulk Ti–O (Zr–O) chemical bond covalency increases near their BO2-terminated (001) as well as AO3-terminated (111) surfaces. We discussed systematic trends in SrTiO3, BaTiO3, PbTiO3, and SrZrO3 bulk and (001) surface F center ab initio calculations.
REFERENCES
1.
R. A. P.
Ribeiro
, J.
Andres
, E.
Longo
, and S. R.
Lazaro
, Appl. Surf. Sci.
452
, 463
(2018
). 2.
V. M.
Longo
, L. S.
Cavalcante
, A. T.
Figueiredo
, and L. P. S.
Santos
, Appl. Phys. Lett.
90
, 091906
(2007
). 3.
A. S.
Farlenkov
, M. V.
Ananyev
, V. A.
Eremin
, N. M.
Porotnikova
, E. K.
Kurumchin
, and B. T.
Melekh
, Solid State Ion.
290
, 108
(2016
). 4.
R. I.
Eglitis
, J.
Kleperis
, J.
Purans
, A. I.
Popov
, and R.
Jia
, J. Mater. Sci.
55
, 203
(2020
). 5.
V. S.
Vikhnin
, H. M.
Liu
, W. Y.
Jia
, S.
Kapphan
, R.
Eglitis
, and D.
Usvyat
, J. Lumin.
83–84
, 109
(1999
). 6.
S.
Piskunov
and R. I.
Eglitis
, Solid State Ion.
274
, 29
(2015
). 7.
A. A.
Kurteeva
, N. M.
Bogdanovich
, D. I.
Bronin
, N. M.
Porotnikova
, G. K.
Vdovin
, A. A.
Pankratov
, S. M.
Beresnev
, and L. A.
Kuzmina
, Russ. J. Electrochem.
46
, 811
(2010
). 8.
I. Z.
Zhumatayeva
, I. E.
Kenzhina
, A. L.
Kozlovskiy
, and M. V.
Zdorovets
, J. Mater. Sci. Mater. Electron.
31
, 6764
(2020
). 9.
R. I.
Eglitis
and A. I.
Popov
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
434
, 1
(2018
). 10.
K.
Dukenbayev
, A.
Kozlovskiy
, I.
Kenzhina
, A.
Berguzinov
, and M.
Zdorovets
, Mater. Res. Express
6
, 046309
(2019
). 11.
V.
Dimza
, A. I.
Popov
, L.
Lace
, M.
Kundzins
, K.
Kundzins
, M.
Antonova
, and M.
Livins
, Curr. Appl. Phys.
17
, 169
(2017
). 12.
R. I.
Eglitis
, E. A.
Kotomin
, and G.
Borstel
, J. Phys. Condens. Matter
12
, L431
(2000
). 13.
H. Y.
Hwang
, Y.
Iwasa
, M.
Kawasaki
, B.
Keimer
, N.
Nagaosa
, and Y.
Tokura
, Nat. Mater.
11
, 103
(2012
). 14.
L.
Grigorjeva
, D. K.
Millers
, V.
Pankratov
, R. T.
Williams
, R. I.
Eglitis
, E. A.
Kotomin
, and G.
Borstel
, Solid State Commun.
129
, 691
(2004
). 15.
R. I.
Eglitis
, E. A.
Kotomin
, V. A.
Trepakov
, S. E.
Kapphan
, and G.
Borstel
, J. Phys. Condens. Matter
14
, L647
(2002
). 16.
C.
Franchini
, M.
Reticcioli
, M.
Setvin
, and U.
Diebold
, Nat. Rev. Mater.
6
, 560
(2021
). 17.
M.
Zhong
, W.
Zeng
, F. S.
Liu
, B.
Tang
, and Q. J.
Liu
, Surf. Interface Anal.
51
, 1021
(2019
). 18.
R. I.
Eglitis
, J.
Purans
, J.
Gabrusenoks
, A. I.
Popov
, and R.
Jia
, Crystals
10
, 745
(2020
). 19.
R. I.
Eglitis
, J.
Purans
, and R.
Jia
, Crystals
11
, 455
(2021
). 20.
J. R.
Sambrano
, V. M.
Longo
, E.
Longo
, and C. A.
Taft
, J. Mol. Struct.: THEOCHEM
813
, 49
(2007
). 21.
R.
Eglitis
and S. P.
Kruchinin
, Mod. Phys. Lett. B
34
, 2040057
(2020
). 22.
J. S.
Kim
, J. H.
Wang
, B. K.
Kim
, and Y. C.
Kim
, Solid State Ion.
275
, 19
(2015
). 23.
X.
Guo
, J.
Ge
, F.
Ponchel
, D.
Remiens
, Y.
Chen
, X.
Dong
, and G.
Wang
, Thin Solid Films
632
, 93
(2017
). 24.
G.
Borstel
, R. I.
Eglitis
, E. A.
Kotomin
, and E.
Heifets
, Phys. Status Solidi B
236
, 253
(2003
). 25.
H. S.
Wei
, J. Y.
Cai
, Y.
Zhang
, X. R.
Zhang
, E. A.
Baranova
, J. W.
Cui
, Y.
Wang
, X.
Shu
, Y. Q.
Qin
, J. Q.
Liu
, and Y. C.
Wu
, RSC Adv.
10
, 42619
(2020
). 26.
E.
Heifets
, R. I.
Eglitis
, E. A.
Kotomin
, J.
Maier
, and G.
Borstel
, Phys. Rev. B
64
, 235417
(2001
). 27.
Y.
Li
, J.
Yang
, Y. A.
Zhu
, Z. J.
Sui
, X. G.
Zhou
, D.
Chen
, and W. K.
Yuan
, Phys. Chem. Chem. Phys.
21
, 12859
(2019
). 28.
R. I.
Eglitis
and D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
76
, 155439
(2007
). 29.
H. J.
Chun
, H. K.
Kim
, Y.
Yoon
, and S. C.
Park
, Surf. Sci.
703
, 121737
(2021
). 30.
N. V.
Krainyukova
, V. O.
Hamalii
, A. V.
Peschanskii
, A. I.
Popov
, and E. A.
Kotomin
, Fiz. Nizk. Temp.
46
, 877
(2020
) [Low Temp. Phys.
46, 740 (2020)]. 31.
V. O.
Hamalii
, A. V.
Peschanskii
, A. I.
Popov
, and N. V.
Krainyukova
, Fiz. Nizk. Temp.
46
, 1377
(2020
) [Low Temp. Phys.
46, 1170 (2020)]. 32.
S.
Okamoto
, W.
Zhu
, Y.
Nomura
, R.
Arita
, D.
Xiao
, and N.
Nagaosa
, Phys. Rev. B
89
, 195121
(2014
). 33.
S.
Okamoto
and D.
Xiao
, J. Phys. Soc. Jpn.
87
, 041006
(2018
). 34.
R. I.
Eglitis
, Appl. Surf. Sci.
358
, 556
(2015
). 35.
B. C.
Russell
and M. R.
Castell
, J. Phys. Chem. C
112
, 6538
(2008
). 36.
R. I.
Eglitis
, Phys. Status Solidi B
252
, 635
(2015
). 37.
L.
Miao
, R.
Du
, Y.
Yin
, and Q.
Li
, Appl. Phys. Lett.
109
, 261604
(2016
). 38.
R. I.
Eglitis
, Ferroelectrics
483
, 53
(2015
). 39.
Y.
Zhu
, P. A.
Salvador
, and G. S.
Rohrer
, Chem. Mater.
28
, 5155
(2016
). 40.
T.
Bolstad
, K.
Kjærnes
, K.
Raa
, R.
Takahashi
, M.
Lippmaa
, and T.
Tybell
, Mater. Res. Express
6
, 056409
(2019
). 41.
R. I.
Eglitis
, J.
Purans
, A. I.
Popov
, and R.
Jia
, Int. J. Mod. Phys. B
33
, 1950390
(2019
). 42.
A. I.
Popov
, E. A.
Kotomin
, and J.
Maier
, Nucl. Instr. Meth. B
268
, 3084
(2010
). 43.
R.
Eglitis
, A. I.
Popov
, J.
Purans
, and R.
Jia
, Fiz. Nizk. Temp.
46
, 1418
(2020
) [Low Temp. Phys.
46, 1206 (2020)]. 44.
L. L.
Rusevich
, E. A.
Kotomin
, G.
Zvejnieks
, and A. I.
Popov
, Fiz. Nizk. Temp.
46
, 1394
(2020
) [Low Temp. Phys.
46, 1185 (2020)]. 45.
R. I.
Eglitis
, Int. J. Mod. Phys. B
28
, 1430009
(2014
). 46.
R. I.
Eglitis
and A. I.
Popov
, J. Nano-Electron. Phys.
11
, 01001
(2019
). 47.
E. A.
Kotomin
and A. I.
Popov
, Nucl. Instr. Meth. B
141
, 1
(1998
). 48.
H.
Donnerberg
and A.
Birkholz
, J. Phys. Condens. Matter
12
, 8239
(2000
). 49.
J. J.
Brown
, Z.
Ke
, W.
Geng
, and A. J.
Page
, J. Phys. Chem. C
122
, 14590
(2018
). 50.
M. Q.
Cai
, Y. J.
Zhang
, Z.
Yin
, and M.
Zhang
, Phys. Rev. B
72
, 075406
(2005
). 51.
M.
Arrigoni
, T. S.
Bjørnheim
, E.
Kotomin
, and J.
Maier
, Phys. Chem. Chem. Phys.
18
, 9902
(2016
). 52.
C.
Duque
and A.
Stashans
, Physica B
336
, 227
(2003
). 53.
R. I.
Eglitis
and S.
Piskunov
, Comput. Condens. Matter
7
, 1
(2016
). 54.
M.
Sokolov
, R. I.
Eglitis
, S.
Piskunov
, and Y. F.
Zhukovskii
, Int. J. Mod. Phys. B
31
, 1750251
(2017
). 55.
J.
Carrasco
, F.
Illas
, N.
Lopez
, E. A.
Kotomin
, Y. F.
Zhukovskii
, R. A.
Evarestov
, Y. A.
Mastrikov
, S.
Piskunov
, and J.
Maier
, Phys. Rev. B
73
, 064106
(2006
). 56.
Y. F.
Zhukovskii
, E. A.
Kotomin
, S.
Piskunov
, and D. E.
Ellis
, Solid State Commun.
149
, 1359
(2009
). 57.
R. I.
Eglitis
, E. A.
Kotomin
, G.
Borstel
, S. E.
Kapphan
, and V. S.
Vikhnin
, Comput. Mater. Sci.
27
, 81
(2003
). 58.
I. I.
Leonidov
, V. I.
Tsidilkovski
, E. S.
Tropin
, M. I.
Vlasov
, and L. P.
Putilov
, Mater. Lett.
212
, 336
(2018
). 59.
H.
Tan
, Z.
Zhao
, W. B.
Zhu
, E. N.
Coker
, B.
Li
, M.
Zheng
, W.
Yu
, H.
Fan
, and Z.
Sun
, ACS Appl. Mater. Interfaces
6
, 19184
(2014
). 60.
E. A.
Kotomin
, S.
Piskunov
, Y. F.
Zhukovskii
, R. I.
Eglitis
, A.
Gopejenko
, and D. E.
Ellis
, Phys. Chem. Chem. Phys.
10
, 4258
(2008
). 61.
Q. C.
Zhao
, H. L.
Gong
, X. H.
Wang
, and L. T.
Li
, Phys. Status Solidi A
215
, 1800168
(2018
). 62.
R.
Shimizu
, K.
Iwaya
, T.
Ohsawa
, S.
Shiraki
, T.
Hasegawa
, T.
Hashizume
, and T.
Hitosugi
, Appl. Phys. Lett.
100
, 263106
(2012
). 63.
K.
Takeyasu
, K.
Fukada
, M.
Matsumoto
, and K.
Fukutani
, J. Phys. Condens. Matter
25
, 162202
(2013
). 64.
Y. L.
Li
, D. N.
Zhang
, S. B.
Qu
, M.
Yang
, and Y. P.
Feng
, Surf. Sci.
641
, 37
(2015
). 65.
J. P.
Perdew
and Y.
Wang
, Phys. Rev. B
45
, 13244
(1992
). 66.
C.
Lee
, W.
Yang
, and R. G.
Parr
, Phys. Rev. B
37
, 785
(1988
). 67.
V. R.
Saunders
, R.
Dovesi
, C.
Roetti
, N.
Causa
, N. M.
Harrison
, R.
Orlando
, and C. M.
Zicovich-Wilson
, CRYSTAL-2014 User Manual
(University of Torino
, Italy
, 2014
).68.
R. E.
Cohen
, J. Phys. Chem. Solids
57
, 1393
(1996
). 69.
R. E.
Cohen
, Ferroelectrics
194
, 323
(1997
). 70.
S.
Piskunov
, E.
Heifets
, R. I.
Eglitis
, and G.
Borstel
, Comput. Mater. Sci.
29
, 165
(2004
). 71.
P. W.
Tasker
, J. Phys. C
12
, 4977
(1979
). 72.
I.
Mayer
, Int. J. Quantum. Chem.
26
, 151
(1984
). 73.
R. C.
Bochicchio
and H. F.
Reale
, J. Phys. B
26
, 4871
(1993
). 74.
H.
Shi
, L.
Chang
, R.
Jia
, and R. I.
Eglitis
, J. Phys. Chem. C
116
, 4832
(2012
). 75.
H. B.
Schlegel
, J. Comput. Chem.
3
, 214
(1982
). 76.
B.
Civalleri
, P.
D’Arco
, R.
Orlando
, V. R.
Saunders
, and R.
Dovesi
, Chem. Phys. Lett.
348
, 131
(2001
). 77.
S.
Piskunov
, E. A.
Kotomin
, E.
Heifets
, J.
Maier
, R. I.
Eglitis
, and G.
Borstel
, Surf. Sci.
575
, 75
(2005
). 78.
R. I.
Eglitis
and D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
77
, 195408
(2008
). 79.
R. I.
Eglitis
and M.
Rohlfing
, J. Phys. Condens. Matter
22
, 415901
(2010
). 80.
K.
van Benthem
, C.
Elsässer
, and R. H.
French
, J. Appl. Phys.
90
, 6156
(2001
). 81.
B.
Meyer
, J.
Padilla
, and D.
Vanderbilt
, Faraday Discuss.
114
, 395
(1999
). 82.
M.
Sato
, Y.
Soejima
, N.
Ohama
, A.
Okazaki
, H. J.
Scheel
, and K. A.
Müller
, Phase Trans.
5
, 207
(1985
). 83.
J. G.
Bednorz
and H. J.
Scheel
, J. Cryst. Growth
41
, 5
(1977
). 84.
S. H.
Wemple
, Phys. Rev. B
2
, 2679
(1970
). 85.
J. W.
Edwards
, R.
Speiser
, and H. L.
Johston
, J. Amer. Chem. Soc.
73
, 2934
(1951
). 86.
J.
Robertson
, J. Vac. Sci. Technol. B
18
, 1785
(2000
). 87.
C. H.
Peng
, J. F.
Chang
, and S.
Desu
, Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
243
, 21
(1992
). 88.
R. J.
Nelmes
and W. F.
Kuhs
, Solid State Commun.
54
, 721
(1985
). 89.
S. A.
Mabud
and A. M.
Glazer
, J. Appl. Cryst.
12
, 49
(1979
). 90.
Y. S.
Lee
, J. S.
Lee
, T. W.
Noh
, D. Y.
Byun
, K. S.
Yoo
, K.
Yamaura
, and E.
Takayama-Muromachi
, Phys. Rev. B
67
, 113101
(2003
). 91.
M.
Yoshino
, H.
Yukawa
, and M.
Morinaga
, Mater. Trans.
45
, 2056
(2004
). 92.
B. J.
Kennedy
, C. J.
Howard
, and B. C.
Chakoumakos
, Phys. Rev. B
59
, 4023
(1999
). 93.
A. F.
Fix
, F. U.
Abuova
, E. A.
Kotomin
, and A. T.
Akilbekov
, Phys. Scr.
86
, 035304
(2012
). 94.
H.
Shi
, R.
Jia
, and R. I.
Eglitis
, Solid State Ion.
187
, 1
(2011
). 95.
E. A.
Kotomin
, A. I.
Popov
, and R. I.
Eglitis
, J. Phys. Condens. Matter
4
, 5901
(1992
). 96.
A. S.
Farlenkov
, M. V.
Ananyev
, V. A.
Eremin
, N. M.
Porotnikova
, and E. K.
Kurumchin
, Fuel Cells
15
, 131
(2015
). 97.
N. M.
Porotnikova
, V. A.
Eremin
, A. S.
Farlenkov
, E. K.
Kurumchin
, E. A.
Sherstobitova
, D. I.
Kochubey
, and M. V.
Ananyev
, Catal. Lett.
148
, 2839
(2018
). 98.
D. A.
Osinkin
, A. V.
Khodimchuk
, N. M.
Porotnikova
, N. M.
Bogdanovich
, A. V.
Fetisov
, and M. V.
Ananyev
, Energies
13
, 250
(2020
). © 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.
