A first-principles study on the structural, thermal and electronic properties of cerium oxides by using different functionals

热的 材料科学 电子结构 工程物理 计算化学 热力学 冶金 化学 物理
作者
Lu Sun,Wei Xiao,Xiamin Hao,Qingling Meng,Miao Zhou
出处
期刊:Electronic structure [IOP Publishing]
卷期号:1 (1): 015003-015003 被引量:20
标识
DOI:10.1088/2516-1075/aae6f2
摘要

Abstract Cerium oxides, such as CeO 2 and Ce 2 O 3 , are of great scientific and technological importance for many potential applications. In this work, based on density functional theory (DFT), we performed systematic first-principles calculations to evaluate the performance of different exchange-correlation functionals, including the standard DFT (PBE, PBE sol ), Hubbard-corrected DFT (PBE, PBE sol )+ U , and HSE06 hybrid functionals, in describing the structural, thermal and electronic properties of cerium oxides. We calculated the equilibrium lattice parameters, thermal formation enthalpies, and electronic structures of CeO 2 and Ce 2 O 3 , with special attention paid to the gaps, positions and dispersions of O 2 p , Ce 4 f and Ce 5 d bands. Our results suggest that while HSE06 can describe the physical properties of CeO 2 with good accuracy with respect to experiment, PBE sol + U with a proper U value gives satisfactory results for Ce 2 O 3 . Our findings provide valuable information on using different functionals for describing the f -electron localization in cerium oxides, which may also be useful for further explorations of multi-functional materials and electronic devices based on strongly correlated oxide systems.
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