How does chemistry influence electron effective mass in oxides? A high-throughput computational analysis

Chemistry of Materials

Volumn 26, Issue 19, 2014, Pages 5447-5458

  Hautier, Geoffroy ^a   Miglio, Anna ^a   Waroquiers, David ^a   Rignanese, Gian Marco ^a   Gonze, Xavier ^a  

^a UNIVERSITÉ CATHOLIQUE DE LOUVAIN   (Belgium)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CADMIUM COMPOUNDS; ELECTRONS; ENERGY GAP; GERMANIUM; MANGANESE; THROUGHPUT; TRANSITION METALS;

3D TRANSITION METALS; COMPUTATIONAL ANALYSIS; ELECTRON EFFECTIVE MASS; ELECTRONIC CONDUCTIVITY; HIGH THROUGHPUT; LOW OXIDATION STATE; MAIN-GROUP ELEMENTS; TRANSPARENT CONDUCTING OXIDE;

TRANSITION METAL COMPOUNDS;

EID: 84926480901     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm404079a     Document Type: Article

References (93)

1. Ellmer, K. Nat. Photonics 2012, 6, 809-817.
2. Ginley, D. S.; Hosono, H.; Paine, D. C. Handbook of Transparent Conductors; Springer: New York, 2010
3. Ginley, D. S.; Bright, C. MRS Bull. 2000, 25, 15-18.
4. Granqvist, C. G. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2007, 91, 1529-1598.
5. Gordon, R. MRS Bull. 2000, 25, 52-57.
6. Rühle, S.; Anderson, A. Y.; Barad, H.-N.; Kupfer, B.; Bouhadana, Y.; Rosh-Hodesh, E.; Zaban, A. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 3755-3764.
7. Fortunato, E.; Barquinha, P.; Martins, R. Adv. Mater. 2012, 24, 2945-2986.
8. Liao, P.; Carter, E. A. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2401-2422.
9. Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 2-5.
10. Scanlon, D. O.; Watson, G. W. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3195-3199.
11. Medvedeva, J. E.; Hettiarachchi, C. L. Phys. Rev. B 2010, 81, 1-16.
12. Walsh, A.; Da Silva, J.; Wei, S.-H.; Körber, C.; Klein, A.; Piper, L.; DeMasi, A.; Smith, K.; Panaccione, G.; Torelli, P.; Payne, D.; Bourlange, A.; Egdell, R. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 167402.
13. Walsh, A.; Da Silva, J. L. F.; Wei, S.-H. J. Phys.: Condens. Matter 2011, 23, 334210.
14. Varley, J.; Janotti, A.; Franchini, C.; Van de Walle, C. Phys. Rev. B 2012, 85, 2-5.
15. Hoffling, B.; Schleife, A.; Fuchs, F.; Rodl, C.; Bechstedt, F. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 032116.
16. Hautier, G.; Jain, A.; Ong, S. P. J. Mater. Sci. 2012, 47, 7317-7340.
17. Curtarolo, S.; Hart, G. L. W.; Nardelli, M. B.; Mingo, N.; Sanvito, S.; Levy, O. Nat. Mater. 2013, 12, 191-201.
18. Wu, Y.; Lazic, P.; Hautier, G.; Persson, K.; Ceder, G. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 157.
19. Yang, K.; Setyawan, W.; Wang, S.; Buongiorno Nardelli, M.; Curtarolo, S. Nat. Mater. 2012, 11, 614-619.
20. Chen, H.; Hautier, G.; Jain, A.; Moore, C.; Kang, B.; Doe, R.; Wu, L.; Zhu, Y.; Tang, Y.; Ceder, G. Chem. Mater. 2012, 24, 2009-2016.
21. Hautier, G.; Jain, A.; Ong, S. P.; Kang, B.; Moore, C.; Doe, R.; Ceder, G. Chem. Mater. 2011, 23, 3945-3508.
22. Madsen, G. K. H. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12140-12146.
23. Wang, S.; Wang, Z.; Setyawan, W.; Mingo, N.; Curtarolo, S. Phys. Rev. X 2011, 1, 1-8.
24. Hautier, G.; Miglio, A.; Ceder, G.; Rignanese, G.-M.; Gonze, X. Nat. Commun. 2013, 4, 2292.
25. Blöchl, P. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953-17979.
26. Perdew, J.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868.
27. Kresse, G.; Furthmuller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15-50.
28. Curtarolo, S.; Setyawan, W.; Wang, S.; Xue, J.; Yang, K.; Taylor, R. H.; Nelson, L. J.; Hart, G. L.; Sanvito, S.; Buongiorno-Nardelli, M.; Mingo, N.; Levy, O. Comput. Mater. Sci. 2012, 58, 227-235.
29. Jain, A.; Hautier, G.; Moore, C. J.; Ong, S. P.; Fischer, C. C.; Mueller, T.; Persson, K. A.; Ceder, G. Comput. Mater. Sci. 2011, 50, 2295-2310.
30. Dudarev, S. L.; Savrasov, S. Y.; Humphreys, C. J.; Sutton, A. P. Phys. Rev. B 1998, 57, 1505-1509.
31. The Materials Project wiki; http://materialsproject.org/wiki/index.php/GGA%2BU-calculations (accessed September 24, 2014).
32. Hybertsen, M. S.; Louie, S. G. Phys. Rev. B 1986, 5390.
33. Friedrich, C.; Schindlmayr, A. In Computational Nanoscience: Do It Yourself!; Grotendorst, J., Blügel, S., Marx, D., Eds.; John von Neumann Institute for Computing: Jülich, Germany, 2006; Vol. 31, pp 335-355.
34. van Schilfgaarde, M.; Kotani, T.; Faleev, S. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 226402.
35. Gonze, X.; Amadon, B.; Anglade, P.-M.; Beuken, J.-M.; Bottin, F.; Boulanger, P.; Bruneval, F.; Caliste, D.; Caracas, R.; Côté, M.; Deutsch, T.; Genovese, L.; Ghosez, Ph.; Giantomassi, M.; Goedecker, S.; Hamann, D. R.; Hermet, P.; Jollet, F.; Jomard, G.; Leroux, S.; Mancini, M.; Mazevet, S.; Oliveira, M. J. T.; Onida, G.; Pouillon, Y.; Rangel, T.; Rignanese, G.-M.; Sangalli, D.; Shaltaf, R.; Torrent, M.; Verstraete, M. J.; Zerah, G.; Zwanziger, J. W. Comput. Phys. Commun. 2009, 180, 2582-2615.
36. Perdew, J.; Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 244-249.
37. Godby, R.; Needs, R. Phys. Rev. Lett. 1989, 62, 1169-1172.
38. Stankovski, M.; Antonius, G.; Waroquiers, D.; Miglio, A.; Dixit, H.; Sankaran, K.; Giantomassi, M.; Gonze, X.; Côté, M.; Rignanese, G.-M. Phys. Rev. B 2011, 84, 241201.
39. Miglio, A.; Waroquiers, D.; Antonius, G.; Giantomassi, M.; Stankovski, M.; Côté, M.; Gonze, X.; Rignanese, G. M. Eur. Phys. J. B 2012, 85, 322.
40. Ong, S. P.; Wang, L.; Kang, B.; Ceder, G. Chem. Mater. 2008, 20, 1798-1807.
41. Ong, S. P.; Richards, W. D.; Jain, A.; Hautier, G.; Kocher, M.; Cholia, S.; Gunter, D.; Chevrier, V. L.; Persson, K. A.; Ceder, G. Comput. Mater. Sci. 2013, 68, 314-319.
42. Ashcroft, N. W.; Mermin, N. D. Solid State Physics; Thomson Learning: London, 1976; p 848.
43. Setyawan, W.; Curtarolo, S. Comput. Mater. Sci. 2010, 49, 299-312.
44. The Materials Project; http://www.materialsproject.org (accessed September 1, 2013).
45. ICSD, Inorganic Crystal Structure Database; http://www.fizkarlsruhe.de/icsd.html; FIZ Karlsruhe: Karlsruhe, Germany, 2013.
46. Hautier, G.; Ong, S. P.; Jain, A.; Moore, C. J.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2012, 85, 155208.
47. Kim, H. J.; Kim, U.; Kim, H. M.; Kim, T. H.; Mun, H. S.; Jeon, B.-G.; Hong, K. T.; Lee, W.-J.; Ju, C.; Kim, K. H.; Char, K. Appl. Phys. Express 2012, 5, 061102.
48. Nozik, A. J. Phys. Rev. B 1972, 6, 453.
49. Reynolds, D.; Look, D.; Jogai, B.; Litton, C.; Cantwell, G.; Harsch, W. Phys. Rev. B 1999, 60, 2340-2344.
50. Pisarkiewicz, T.; Zakrezewska, K.; Leja, E. Thin Solid Films 1987, 153, 479-486.
51. Che, G.; Li, X.; Liu, C.; Wang, H.; Liu, Y.; Xu, Z. Phys. Status Solidi 2008, 205, 194-198.
52. Tetsuka, H.; Shan, Y. J. Mater. Res. 2005, 20, 2-6.
53. Tetsuka, H.; Shan, Y. J.; Tezuka, K.; Imoto, H. Solid State Commun. 2006, 137, 345-349.
54. Reimann, K.; Steube, M.; Dortmund, U. Solid State Commun. 1998, 105, 649-652.
55. Minami, T. J. Vac. Sci. Technol., A 1999, 17, 1765.
56. Omata, T.; Ueda, N.; Hikuma, N.; Ueda, K.; Mizoguchi, H.; Hashimoto, T.; Kawazoe, H. Appl. Phys. Lett. 1993, 62, 499.
57. Mizoguchi, H.; Eng, H. W.; Woodward, P. M. Inorg. Chem. 2004, 43, 1667-1680.
58. Kikuchi, N.; Hosono, H.; Kawazoe, H.; Tanegashima, O.; Ota, I.; Kimura, Y. J. Am. Ceram. Soc. 2005, 88, 2793-2797.
59. Mizoguchi, H.; Kamiya, T.; Matsuishi, S.; Hosono, H. Nat. Commun. 2011, 2, 470.
60. Kung, H. H.; Jarrett, H. S.; Sleight, a. W.; Ferretti, a. J. Appl. Phys. 1977, 48, 2463.
61. Dixit, H.; Saniz, R.; Cottenier, S.; Lamoen, D.; Partoens, B. J. Phys.: Condens. Matter 2012, 24, 205503.
62. Whipple, E.; Subbarao, S.; Koffyberg, F. J. Solid State Chem. 1980, 34, 231-239.
63. Mohamed, M.; Janowitz, C.; Unger, I.; Manzke, R.; Galazka, Z.; Uecker, R.; Fornari, R.; Weber, J. R.; Varley, J. B.; Van de Walle, C. G. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 211903.
64. Tian, W.; Zhi, C.; Zhai, T.; Wang, X.; Liao, M.; Li, S.; Chen, S.; Golberg, D.; Bando, Y. Nanoscale 2012, 4, 6318-6324.
65. Lany, S. Phys. Rev. B 2013, 87, 085112.
66. Yanagawa, K.; Ohki, Y.; Ueda, N.; Omata, T.; Hashimoto, T.; Kawazoe, H. Appl. Phys. Lett. 1993, 63, 3335.
67. Lin, S.; Borgohain, K.; Wei, W. C. J. J. Am. Ceram. Soc. 2006, 89, 3266-3269.
68. Dali, S.; Jayachandran, M.; Chockalingam, M. J. Mater. Sci. Lett. 1999, 8, 915-917.
69. Yan, C.; Lee, P. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14135-14139.
70. Minami, T. MRS Bull. 2000, 25, 38-44.
71. Shannon, R. D.; Gillson, J. L.; Bouchard, R. J. J. Phys. Chem. Solids 1977, 38, 877-881.
72. Omata, T.; Ueda, N.; Ueda, K.; Kawazoe, H. Appl. Phys. Lett. 1994, 64, 1077.
73. Scanlon, D. O. Phys. Rev. B 2013, 87, 161201.
74. Badawy, W. A. Thin Solid Films 1990, 186, 59-72.
75. Metikos-Hukovic, M.; Lovrecek, B. Electrochim. Acta 1980, 25, 717-723.
76. Allen, J. P.; Carey, J. J.; Walsh, A.; Scanlon, D. O.; Watson, G. W. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 14759-14769.
77. Sleight, A. Mater. Res. Bull. 1974, 9, 1177-1184.
78. Schrewelius, N. Z. Anorg. Allg. Chem. 1937, 223, 241-254.
79. Shimada, S.; Kodaira, K. Mater. Res. Bull. 1986, 21, 1495-1501.
80. Matsushima, S.; Tanizaki, T.; Nakamura, H.; Nonaka, M.; Arai, M. Chem. Lett. 2001, 1010-1011.
81. Peng, H.; Lany, S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 85, 201202.
82. Wang, H.; Wang, B.; Li, Q.; Zhu, Z.; Wang, R.; Woo, C. Phys. Rev. B 2007, 75, 245209.
83. Bouhemadou, A.; Khenata, R. Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 2007, 15, 787-798.
84. Medvedeva, J. E. Europhys. Lett. 2007, 78, 57004.
85. Mryasov, O.; Freeman, A. Phys. Rev. B 2001, 64, 2-4.
86. Burdett, J. K. Chemical Bonding in Solids; Oxford University Press: Oxford, 1995.
87. Gillen, R.; Robertson, J. J. Phys. Condens. Matter 2012, 25, 165502.
88. Kato, H.; Kobayashi, H.; Kudo, A. J. Phys. Chem. B 2002, 3, 12441-12447.
89. Hoel, C. A.; Mason, T. O.; Gaillard, J.-F.; Poeppelmeier, K. R. Chem. Mater. 2010, 22, 3569-3579.
90. Sham, L.; Schlüter, M. Phys. Rev. Lett. 1983, 51, 1888-1891.
91. Kawazoe, H.; Yasukawa, M.; Hyodo, H. Nature 1997, 939-942.
92. Trimarchi, G.; Peng, H.; Im, J.; Freeman, A.; Cloet, V.; Raw, A.; Poeppelmeier, K.; Biswas, K.; Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. B 2011, 84, 165116.
93. Im, J.; Trimarchi, G.; Peng, H.; Freeman, A. J.; Cloet, V.; Raw, A.; Poeppelmeier, K. R. J. Chem. Phys. 2013, 138, 194703.