Interplay between Jahn–Teller Distortions and Structural Phase Transitions in Ruddlesden–Poppers, Journal of the American Chemical Society 147,7209-7213(2025)
Jahn-Teller 效應與 Ruddlesden-Popper 結構相變之相互作用
Anna Herlihy, Wei-Tin Chen, Clemens Ritter, Yu-Chun Chuang, and Mark S. Senn*
2025/04/23
在鈣鈦礦氧化物 ABO3 的研究領域中，利用A、B、O三元素之組成及比例，容忍因子 (Goldschmidt tolerance factor，以 τ 表示) 已是對材料結構穩定、物理性質等相當成熟的評估工具。然而對於鈣鈦礦衍生之 Ruddlesden-Popper (RP) An+1BnO3n+1 材料，容忍因子無法正確獲得 BO6 八面體的傾斜和旋轉等結構資訊，因此對相關材料之結構–物性關係進行初步評估仍具挑戰。本篇文章利用 La2−xBaxCuO4 (LBCO) 系列 RP 結構化合物，經由系統性地替換Cu2+ (JT-active) 與 Mg2+ (non-JT-active) 離子，結合容忍因子 (τ) 、A位尺寸變異 (rσ2) 和 JT-active 離子引發的離子異向性 (τJT) 等三個參數，成功建立了 RP (n=1) 氧化物材料中，低溫正交晶系 (LTO) 結構相變溫度 TLTO 的預測模型。利用本線性模型，我們成功預測了 44 種具不同摻雜的 RP (n=1) 銅氧化物之相變溫度 TLTO，均方根誤差僅13.3 K。本研究不僅說明了為何單獨使用容忍因子無法作為 RP 銅氧化物中 TLTO 的預測指標，也揭示了 JT 效應在結構相變中的關鍵作用。而在近期 La2NiO4 (LNO) RP 鎳氧化物相關系統中，本模型指出了文獻報導與實際量測所得之 Ni2+ 離子半徑可能存在差異，暗示著這些材料中氧的 2p 和鎳的 3d 軌域之間存在強烈的混成作用。這些發現對理解高溫超導銅氧化物和鎳氧化物中電子–晶格之相互作用有重要意義，不僅可應用於特定相變溫度的相關材料設計，在當前尋找高溫超導鎳氧化物的研究熱潮中更具有重要參考價值。
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