Dislocations in SrTiO3: Easy to Reduce but Not so Fast for Oxygen Transport

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 14, 2015, Pages 4735-4748

  Marrocchelli, Dario ^a   Sun, Lixin ^a   Yildiz, Bilge ^a  

^a Massachusetts Institute of Technology Cambridge   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DIFFUSION; EDGE DISLOCATIONS; FUEL CELLS; IONS; PEROVSKITE; SINGLE CRYSTALS; STRONTIUM TITANATES;

ATOMISTIC SIMULATIONS; CHARGED OXYGEN VACANCIES; EFFECT OF DISLOCATIONS; ELECTRONIC CONDUCTIVITY; OXYGEN VACANCY FORMATION ENERGIES; VACANCY ACCUMULATION; VACANCY CONCENTRATION; VACANCY FORMATION ENERGIES;

OXYGEN VACANCIES;

OXYGEN; PEROVSKITE; STRONTIUM; TITANIUM;

ARTICLE; DIELECTRIC CONSTANT; ELECTRON ENERGY LOSS SPECTROSCOPY; ENERGY; ION CONDUCTANCE; ION TRANSPORT; OXYGEN TRANSPORT; QUANTITATIVE ANALYSIS; SIMULATION; STOICHIOMETRY;

EID: 84927941608     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja513176u     Document Type: Article

References (92)

1. Jin, L.; Guo, X.; Jia, C. L. Ultramicroscopy 2013, 134, 77
2. Szot, K.; Bihlmayer, G.; Speier, W. In Solid State Physics; Camley, R. E.; Stamps, R. L., Eds.; Academic Press: New York, 2014; Vol. 65, pp 353 - 559.
3. Chen, C. H.; Kiguchi, T.; Saiki, A.; Wakiya, N.; Shinozaki, K.; Mizutani, N. Appl. Phys. Mater. Sci. Process. 2003, 76, 969
4. Song, K.; Schmid, H.; Srot, V.; Gilardi, E.; Gregori, G.; Du, K.; Maier, J.; van Aken, P. A. APL Mater. 2014, 2, 032104
5. Yildiz, B. MRS Bull. 2014, 39, 147
6. Chang, C.-P.; Chu, M.-W.; Jeng, H. T.; Cheng, S.-L.; Lin, J. G.; Yang, J.-R.; Chen, C. H. Nat. Commun. 2014, 5, 3522
7. Wang, L.; Xu, Z.; Wang, W.; Bai, X. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6693
8. Sneed, B. T.; Brodsky, C. N.; Kuo, C.-H.; Lamontagne, L. K.; Jiang, Y.; Wang, Y.; Tao, F. (F.); Huang, W.; Tsung, C.-K. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14691
9. Farmanesh, S.; Ramamoorthy, S.; Chung, J.; Asplin, J. R.; Karande, P.; Rimer, J. D. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 367
10. Wachsman, E.; Ishihara, T.; Kilner, J. MRS Bull. 2014, 39, 773
11. Trovarelli, A.; Fornasiero, P. Catalysis by Ceria and Related Materials, 2 nd ed..; Imperial College Press: London, 2013.
12. Waser, R.; Dittmann, R.; Staikov, G.; Szot, K. Adv. Mater. 2009, 21, 2632
13. Pijolat, C.; Pupier, C.; Sauvan, M.; Tournier, G.; Lalauze, R. Sens. Actuators, B 1999, 59, 195
14. Manthiram, A. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 176
15. Snaith, H. J. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3623
16. Riffat, S. B.; Ma, X. Appl. Therm. Eng. 2003, 23, 913
17. Ramesh, R.; Spaldin, N. A. Nat. Mater. 2007, 6, 21
18. Gao, P.; Britson, J.; Nelson, C. T.; Jokisaari, J. R.; Duan, C.; Trassin, M.; Baek, S.-H.; Guo, H.; Li, L.; Wang, Y.; Chu, Y.-H.; Minor, A. M.; Eom, C.-B.; Ramesh, R.; Chen, L.-Q.; Pan, X. Nat. Commun. 2014, 5, 3801.
19. Sillassen, M.; Eklund, P.; Pryds, N.; Johnson, E.; Helmersson, U.; Bottiger, J. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 2071
20. Metlenko, V.; Ramadan, A.; Gunkel, F.; Du, H.; Schraknepper, H.; Hoffmann-Eifert, S.; Dittmann, R.; Waser, R.; De Souza, R. A. Nanoscale 2014, 6, 12864
21. McKenna, K. P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18859
22. Sun, L.; Marrocchelli, D.; Yildiz, B. Nat. Commun. 2015, 6, 6294
23. Dholabhai, P. P.; Pilania, G.; Aguiar, J. A.; Misra, A.; Uberuaga, B. P. Nat. Commun. 2014, 5, 5043
24. Murphy, S. T.; Jay, E. E.; Grimes, R. W. J. Nucl. Mater. 2014, 447, 143
25. Curtin, W. A.; Olmsted, D. L.; Hector, L. G. Nat. Mater. 2006, 5, 875
26. Legros, M.; Dehm, G.; Arzt, E.; Balk, T. J. Science 2008, 319, 1646
27. Huang, J.; Meyer, M.; Pontikis, V. Phys. Rev. Lett. 1989, 63, 628
28. In Diffusion in Solids; Springer Series in Solid-State Sciences; Springer: Berlin Heidelberg, 2007; pp 583 - 591.
29. Swallow, J. G.; Woodford, W. H.; Chen, Y.; Lu, Q.; Kim, J. J.; Chen, D.; Chiang, Y.-M.; Carter, W. C.; Yildiz, B.; Tuller, H. L.; Vliet, K. J. J. Electroceramics 2014, 32, 3
30. Chen, Y.; Jung, W.; Cai, Z.; Kim, J. J.; Tuller, H. L.; Yildiz, B. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7979
31. Jung, W.; Tuller, H. L. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1184
32. Thiel, S.; Hammerl, G.; Schmehl, A.; Schneider, C. W.; Mannhart, J. Science 2006, 313, 1942
33. Mannhart, J.; Schlom, D. G. Science 2010, 327, 1607
34. Muenstermann, R.; Menke, T.; Dittmann, R.; Waser, R. Adv. Mater. 2010, 22, 4819
35. Jiang, W.; Kamaladasa, R. J.; Lu, Y. M.; Vicari, A.; Berechman, R.; Salvador, P. A.; Bain, J. A.; Picard, Y. N.; Skowronski, M. J. Appl. Phys. 2011, 110, 054514
36. Kamaladasa, R. J.; Noman, M.; Chen, W.; Salvador, P. A.; Bain, J. A.; Skowronski, M.; Picard, Y. N. J. Appl. Phys. 2013, 113, 234510
37. Messerschmitt, F.; Kubicek, M.; Schweiger, S.; Rupp, J. L. M. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 7448
38. Ohly, C.; Hoffmann-Eifert, S.; Guo, X.; Schubert, J.; Waser, R. J. Am. Ceram. Soc. 2006, 89, 2845
39. Moos, R.; Menesklou, W.; Härdtl, K. H. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 1995, 61, 389
40. Balachandran, U.; Eror, N. G. J. Solid State Chem. 1981, 39, 351
41. Lin, C.; Demkov, A. A. Phys. Rev. Lett. 2013, 111, 217601
42. Tanaka, T.; Matsunaga, K.; Ikuhara, Y.; Yamamoto, T. Phys. Rev. B 2003, 68, 085110
43. Cuong, D.; Lee, B.; Choi, K.; Ahn, H.-S.; Han, S.; Lee, J. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 115503
44. Szot, K.; Speier, W.; Bihlmayer, G.; Waser, R. Nat. Mater. 2006, 5, 312
45. Szot, K.; Dittmann, R.; Speier, W.; Waser, R. Phys. Status Solidi RRl 2007, 1, R86
46. Wachsman, E. D.; Lee, K. T. Science 2011, 334, 935
47. Szot, K.; Speier, W.; Carius, R.; Zastrow, U.; Beyer, W. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 075508
48. Kilner, J. A.; Burriel, M. Annu. Rev. Mater. Res. 2014, 44, 365
49. Thomas, B. S.; Marks, N. A.; Begg, B. D. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. At. 2005, 228, 288
50. Thomas, B.; Marks, N.; Harrowell, P. Phys. Rev. B 2006, 74.
51. Schie, M.; Marchewka, A.; Müller, T.; De Souza, R. A.; Waser, R. J. Phys.: Condens. Matter 2012, 24, 485002
52. Hirel, P.; Marton, P.; Mrovec, M.; Elsässer, C. Acta Mater. 2010, 58, 6072
53. Hirel, P.; Mrovec, M.; Elsässer, C. Acta Mater. 2012, 60, 329
54. Uberuaga, B. P.; Choudhury, S.; Bai, X.-M.; Benedek, N. A. Scr. Mater. 2012, 66, 105
55. Benedek, N. A.; Chua, A. L.-S.; Elsässer, C.; Sutton, A. P.; Finnis, M. W. Phys. Rev. B 2008, 78, 064110
56. Chua, A. L.-S.; Benedek, N. A.; Chen, L.; Finnis, M. W.; Sutton, A. P. Nat. Mater. 2010, 9, 418
57. Bishop, S. R.; Marrocchelli, D.; Chatzichristodoulou, C.; Perry, N. H.; Mogensen, M. B.; Tuller, H. L.; Wachsman, E. D. Annu. Rev. Mater. Res. 2013, 44, 140228162707002
58. Plimpton, S. J. Comput. Phys. 1995, 117, 1
59. Hockney, R. W.; Eastwood, J. W. Computer Simulation Using Particles; CRC Press: Bristol England; Philadelphia, PA, 1989.
60. Burbano, M.; Marrocchelli, D.; Watson, G. W. J. Electroceram. 2014, 32, 28
61. Burbano, M.; Nadin, S.; Marrocchelli, D.; Salanne, M.; Watson, G. W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 8320
62. Marrocchelli, D.; Madden, P. A.; Norberg, S. T.; Hull, S. Chem. Mater. 2011, 23, 1365
63. Norberg, S. T.; Hull, S.; Ahmed, I.; Eriksson, S. G.; Marrocchelli, D.; Madden, P. A.; Li, P.; Irvine, J. T. S. Chem. Mater. 2011, 23, 1356
64. Burbano, M.; Norberg, S. T.; Hull, S.; Eriksson, S. G.; Marrocchelli, D.; Madden, P. A.; Watson, G. W. Chem. Mater. 2012, 24, 222
65. Jia, C.; Thust, A.; Urban, K. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 225506
66. Jia, C. L.; Houben, L.; Urban, K. Philos. Mag. Lett. 2006, 86, 683
67. Ertekin, E.; Srinivasan, V.; Ravichandran, J.; Rossen, P. B.; Siemons, W.; Majumdar, A.; Ramesh, R.; Grossman, J. C. Phys. Rev. B 2012, 85, 195460
68. Ahn, K.; Chung, Y.-C.; Yoon, K. J.; Son, J.-W.; Kim, B.-K.; Lee, H.-W.; Lee, J.-H. J. Electroceram. 2014, 32, 72
69. Rupp, J. L. M.; Fabbri, E.; Marrocchelli, D.; Han, J.-W.; Chen, D.; Traversa, E.; Tuller, H. L.; Yildiz, B. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 1562
70. Zhang, F.; Walker, A. M.; Wright, K.; Gale, J. D. J. Mater. Chem. 2010, 20, 10445
71. Kuru, Y.; Marrocchelli, D.; Bishop, S. R.; Chen, D.; Yildiz, B.; Tuller, H. L. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, F799
72. Chueh, W. C.; McDaniel, A. H.; Grass, M. E.; Hao, Y.; Jabeen, N.; Liu, Z.; Haile, S. M.; McCarty, K. F.; Bluhm, H.; El Gabaly, F. Chem. Mater. 2012, 24, 1876
73. Feng, Z. A.; El Gabaly, F.; Ye, X.; Shen, Z.-X.; Chueh, W. C. Nat. Commun. 2014, 5, 4374
74. De Souza, R. A.; Metlenko, V.; Park, D.; Weirich, T. E. Phys. Rev. B 2012, 85, 174109
75. Lee, H.-S.; Mizoguchi, T.; Mistui, J.; Yamamoto, T.; Kang, S.-J. L.; Ikuhara, Y. Phys. Rev. B 2011, 83, 104110
76. De Souza, R. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 9939
77. De Souza, R. A.; Fleig, J.; Maier, J.; Zhang, Z.; Sigle, W.; Rühle, M. J. Appl. Phys. 2005, 97, 053502
78. Göbel, M. C.; Gregori, G.; Maier, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 10214
79. Denk, I.; Münch, W.; Maier, J. J. Am. Ceram. Soc. 1995, 78, 3265
80. Islam, M. S. Solid State Ionics 2002, 154, 75
81. Islam, M. S.; Davies, R. A. J. Mater. Chem. 2004, 14, 86
82. Huang, K.; Tichy, R. S.; Goodenough, J. B. J. Am. Ceram. Soc. 1998, 81, 2565
83. Stäuble-Pümpin, B.; Ilge, B.; Matijasevic, V. C.; Scholte, P. M. L. O.; Steinfort, A. J.; Tuinstra, F. Surf. Sci. 1996, 369, 313
84. De Souza, R. A.; Ramadan, A.; Hörner, S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5445
85. Kushima, A.; Yildiz, B. J. Mater. Chem. 2010, 20, 4809
86. Hinterberg, J.; Zacherle, T.; De Souza, R. A. Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 205901
87. Rushton, M. J. D.; Chroneos, A. Sci. Rep. 2014, 4, 6068
88. Mayeshiba, T.; Morgan, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 17, 2715
89. Kilner, J. A. Solid State Ionics 2000, 129, 13
90. Chen, Y.; Cai, Z.; Kuru, Y.; Ma, W.; Tuller, H. L.; Yildiz, B. Adv. Energy Mater. 2013, 3, 1221
91. An, J.; Shim, J. H.; Kim, Y.-B.; Park, J. S.; Lee, W.; Gür, T. M.; Prinz, F. B. MRS Bull. 2014, 39, 798
92. Kuklja, M. M.; Kotomin, E. A.; Merkle, R.; Mastrikov, Y. A.; Maier, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 5443