First-principles study of boron oxygen hole centers in crystals: Electronic structures and nuclear hyperfine and quadrupole parameters
Notice bibliographique
Résumé
The electronic structures, nuclear hyperfine coupling constants, and nuclear quadrupole parameters of fundamental boron oxygen hole centers (BOHCs) in zircon (ZrSiO${}_{4}$, $I$4${}_{1}$/amd) and calcite (CaCO${}_{3}$, $R\overline{3}c$) have been investigated using ab initio Hartree--Fock (HF) and various density functional theory (DFT) methods based on the supercell models with all-electron localized basis sets. Both exact HF exchange and appropriate correlation functionals are important in describing the BOHCs, and the parameter-free hybrid method based on Perdew, Burke, and Ernzerhof density functionals (PBE0) turns out to be the best DFT method in reproducing the electron paramagnetic resonance (EPR) data. Our results reveal three distinct types of simple-spin ($S$ = 1/2) [BO${}_{3}$]${}^{2\ensuremath{-}}$ centers in calcite: (i) the classic [BO${}_{3}$]${}^{2\ensuremath{-}}$ radical with the ${D}_{3h}$ symmetry and the unpaired spin equally distributed on the three oxygen atoms (i.e. the O${}_{3}^{5\ensuremath{-}}$ type); (ii) the previously reported [BO${}_{2}$]${}^{0}$ center with the unpaired spin equally distributed on two of the three oxygen atoms (O${}_{2}^{3\ensuremath{-}}$); and (iii) a new variety with \ensuremath{\sim}90% of its unpaired spin localized on one (O${}^{\ensuremath{-}}$) of the three oxygen atoms with a long B-O bond (1.44 \AA{}). Calculations confirm the unusual [BO${}_{4}$]${}^{0}$ center in zircon and show it to arise from a highly distorted configuration with 90% of the unpaired spin on one oxygen atom that has a considerably longer B-O bond (1.68 \AA{}) than its three counterparts (1.45 \AA{}). The calculated magnitudes and directions of ${}^{11}$B and ${}^{17}$O hyperfine coupling constants and nuclear quadrupole constants for the [BO${}_{4}$]${}^{0}$ center in zircon are in excellent agreement with the 15 K EPR experimental data. These BOHCs are all characterized by a small negative spin density on the central B atom arising from spin polarization. Our calculations also demonstrate that the spin densities on BOHCs are affected substantially by crystalline environments, and so periodic boundary treatment, such as the supercell scheme, is a must in accounting for the electronic and spin structures of BOHCs in crystals. These atomistic and electronic models of BOHCs in the crystalline matrices provide new insights into their precursors and counterparts in glasses and other amorphous materials.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».