Surface structure and energetics of low index facets of bismuth ferrite

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作者
Dennis Trujillo,Ayana Ghosh,Serge Nakhmanson,Sanjubala Sahoo,S. P. Alpay
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:22 (28): 16400-16406 被引量:5
标识
DOI:10.1039/d0cp01575j
摘要

Bismuth ferrite (BiFeO3) is a multiferroic material that has received significant interest due to its functional properties which could lead to potential novel applications in microelectronics, spintronics, and controlled catalytic reactions. Here, we provide the results of an extensive theoretical study to understand the surface structure and describe the energetics of differently terminated BiFeO3 surfaces. We specifically evaluate low index crystal facets and surface level atomic terminations via density functional theory and ab initio thermodynamics techniques. Our findings indicate that surface stability with varying terminations is strongly dependent on the oxygen partial pressure and chemical potentials of bismuth and iron. In oxygen rich environments, the results suggest that (100)-O and (110)-O and terminated surfaces are more stable compared to other surface terminations and facets. On the other hand, in a relatively oxygen poor environments, we observe that (110)-Bi and (110)-Fe are more stable. The calculations also show that the majority of BFO surfaces exhibit metallic behavior with the exception of the O-terminated (100) and (110) surfaces.
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