DFT Study of Oxygen Ion Migration in Mg-Doped Cubic Zirconia

2025

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/solids6040055
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

This work presents a theoretical investigation of ionic conductivity in cubic zirco-nia (c-ZrO₂) doped with magnesium, using density functional theory (DFT) with the hybrid B3LYP functional as implemented in the CRYSTAL23 software package. It was found that the spatial arrangement of magnesium atoms and oxygen vacancies signifi-cantly affects the energy barriers for oxygen ion migration. Configurations with mag-nesium located along and outside the migration path were analyzed. The results show that when Mg²⁺ is positioned along the migration trajectory and near an oxygen va-cancy, stable defect complexes are formed with minimal migration barriers ranging from 0.96 to 1.32 eV. An increased number of Mg atoms can lead to a further reduction in the barrier, although in certain configurations the barriers increase up to 3.0–4.6 eV. When doping occurs outside the migration path, the energy profile remains symmetric and moderate (0.9–1.1 eV), indicating only a weak background influence. These find-ings highlight the critical role of coordinated distribution of Mg atoms and oxygen va-cancies along the migration pathway in forming efficient ion-conducting channels. This insight offers potential for designing high-performance zirconia-based electro-lytes for solid oxide fuel cells and sensor applications.