How to Identify Lone Pairs, Van der Waals Gaps, and Metavalent Bonding Using Charge and Pair Density Methods: From Elemental Chalcogens to Lead Chalcogenides and Phase-Change Materials
chalcogenides; lone pair; metavalent bonding; phase change materials; van der Waals
Disciplines :
Physics
Author, co-author :
Raty, Jean-Yves ; Université de Liège - ULiège > Département de physique > Physique des solides, interfaces et nanostructures
Gatti, Carlo
Schön, Carl-Friedrich
Wuttig, Matthias
Language :
English
Title :
How to Identify Lone Pairs, Van der Waals Gaps, and Metavalent Bonding Using Charge and Pair Density Methods: From Elemental Chalcogens to Lead Chalcogenides and Phase-Change Materials
Publication date :
September 2021
Journal title :
Physica Status Solidi. Rapid Research Letters
ISSN :
1862-6254
eISSN :
1862-6270
Publisher :
Wiley
Pages :
2000534
Peer reviewed :
Peer Reviewed verified by ORBi
Tags :
Tier-1 supercomputer CÉCI : Consortium des Équipements de Calcul Intensif
M. Kulichenko, A. I. Boldyrev, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 6267.
M. Wuttig, N. Yamada, Nat. Mater. 2007, 6, 824.
A. Lotnyk, U. Ross, T. Dankwort, I. Hilmi, L. Kienle, B. Rauschenbach, Acta Mater. 2017, 141, 92.
R. Wang, V. Bragaglia, J. E. Boschker, R. Calarco, Cryst. Growth Des. 2016, 16, 3596.
P. Kowalczyk, F. Hippert, N. Bernier, C. Mocuta, C. Sabbione, W. Batista-Pessoa, P. Noé, Small 2018, 14, 1704514.
F. d'Acapito, P. Kowalczyk, J. Raty, C. Sabbione, F. Hippert, P. Noé, J. Phys. D, Appl. Phys. 2020, 53, 404002.
J. Zhou, Z. Sun, Y. Pan, Z. Song, R. Ahuja, Europhys. Lett. 2011, 95, 27002.
J.-Y. Raty, C. Otjacques, J.-P. Gaspard, C. Bichara, Solid State Sci. 2010, 12, 193.
J.-Y. Raty, C. Otjacques, R. Peköz, V. Lordi, C. Bichara, in Molecular Dynamics Simulations of Disordered Materials: From Network Glasses to Phase-Change Memory Alloys (Eds: C. Massobrio, J. Du, M. Bernasconi, P. S. Salmon), Springer, Cham, Switzerland, 2015, pp. 485–509.
S. Caravati, M. Bernasconi, T. D. Kühne, M. Krack, M. Parrinello, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 171906.
R. Mazzarello, S. Caravati, S. Angioletti-Uberti, M. Bernasconi, M. Parrinello, Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 085503.
M. Krbal, A. V. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga, S. R. Elliott, J. Hegedus, T. Uruga, Phys Rev B 2011, 83, 054203.
J. Akola, J. Larrucea, R. Jones, Phys Rev B 2011, 83, 094113.
T. H. Lee, S. R. Elliott, Adv. Mater. 2020, 32, 2000340.
A. V. Kolobov, P. Fons, Y. Saito, J. Tominaga, ACS Omega 2017, 2, 6223.
Y. Saito, P. Fons, K. V. Mitrofanov, K. Makino, J. Tominaga, J. Robertson, A. V. Kolobov, Pure Appl. Chem. 2019, 91, 1777.
M. Wuttig, V. L. Deringer, X. Gonze, C. Bichara, J.-Y. Raty, Adv. Mater. 2018, 30, 1803777.
M. Zhu, O. Cojocaru-Mirédin, A. M. Mio, J. Keutgen, M. Küpers, Y. Yu, J.-Y. Cho, R. Dronskowski, M. Wuttig, Adv. Mater. 2018, 30, 1706735.
J.-Y. Raty, M. Schumacher, P. Golub, V. L. Deringer, C. Gatti, M. Wuttig, Adv. Mater. 2019, 31, 1806280.
Y. Cheng, S. Wahl, M. Wuttig, Phys. Status Solidi RRL 2021, 15, 2000482.
D. Giri, L. Williams, A. Mukherjee, K. Rajan, J. Chem. Phys. 2021, 154, 124105.
S. Yi, Z. Zhu, X. Cai, Y. Jia, J.-H. Cho, Inorg. Chem. 2018, 57, 5083.
J. C. Martinez, L. Lu, J. Ning, W. Dong, T. Cao, R. E. Simpson, Phys. Status Solidi B 2020, 257, 1900289.
Y. Cheng, O. Cojocaru-Mirédin, J. Keutgen, Y. Yu, M. Küpers, M. Schumacher, P. Golub, J.-Y. Raty, R. Dronskowski, M. Wuttig, Adv. Mater. 2019, 31, 1904316.
E. B. Isaacs, G. M. Lu, C. Wolverton, J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 5577.
H. Wang, P. Gopal, S. Picozzi, S. Curtarolo, M. Buongiorno Nardelli, J. Sławińska, npj Comput. Mater. 2020, 6, 7.
U. Waghmare, N. Spaldin, H. Kandpal, R. Seshadri, Phys. Rev. B 2003, 67, 125111.
S. Maier, S. Steinberg, M. Schumacher, P. Golub, J.-Y. Raty, R. Nelson, R. Mazzarello, O. Conjocaru-Mirédin, R. Dronskowski, M. Wuttig, Adv. Mater. 2020, 32, 2005533.
B. J. Kooi, J. T. M. D. Hosson, J. Appl. Phys. 2002, 92, 3584.
M. D. Nielsen, V. Ozolins, J. P. Heremans, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 570.
R. F. W. Bader, Atoms in Molecules – A Quantum Theory, Clarendon Press, Oxford, UK 1994.
B. Silvi, A. Savin, Nature 1994, 371, 683.
R. J. Gillespie, E. A. Robinson, J. Comput. Chem. 2007, 28, 87.
M. Kohout, A. Savin, J. Comput. Chem. 1997, 18, 1431.
A. Savin, B. Silvi, F. Colonna, Can. J. Chem. 1996, 74, 1088.
G. Kresse, D. Joubert, Phys. Rev. B 1999, 59, 1758.
J. Gaspard, F. Marinelli, A. Pellegatti, Europhys. Lett. 1987, 3, 1095.
J. P. Gaspard, A. Pellegatti, F. Marinelli, C. Bichara, Philos. Mag. B 1998, 77, 727.
B. Huang, J. Robertson, Phys. Rev. B 2010, 81, 081204.
K. Shportko, S. Kremers, M. Woda, D. Lencer, J. Robertson, M. Wuttig, Nat. Mater. 2008, 7, 653.
K. Gavroglu, A. Simões, Neither Physics nor Chemistry: A History of Quantum Chemistry, MIT Press 2012.
P. Ball, Nature 2011, 469, 26.
L. Guarneri, S. Jakobs, A. von, S. Maier, M. Xu, M. Zhu, S. Wahl, C. Teichrib, Y. Zhou, O. Cojocaru-Mirédin, M. Raghuwanshi, C.-F. Schön, M. Drögeler, C. Stampfer, R. P. S. M. Lobo, A. Piarristeguy, A. Pradel, J.-Y. Raty, M. Wuttig, Adv. Mater. 2021, 2102356.
D. Lencer, M. Salinga, B. Grabowski, T. Hickel, J. Neugebauer, M. Wuttig, Nat. Mater. 2008, 7, 972.
G. Lucovsky, R. M. White, Phys. Rev. B 1973, 8, 660.
M. Raghuwanshi, O. Cojocaru-Mirédin, M. Wuttig, Nano Lett. 2020, 20, 116.
S. Shaik, D. Danovich, J. M. Galbraith, B. Braïda, W. Wu, P. C. Hiberty, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 984.
M. Yu, D. R. Trinkle, J. Chem. Phys. 2011, 134, 064111.
X. Fradera, M. A. Austen, R. F. W. Bader, J. Phys. Chem. A 1999, 103, 304.
M. Salinga, B. Kersting, I. Ronneberger, V. P. Jonnalagadda, X. T. Vu, M. Le Gallo, I. Giannopoulos, O. Cojocaru-Mirédin, R. Mazzarello, A. Sebastian, Nat. Mater. 2018, 17, 681.
G. Trinquier, R. Hoffmann, J. Phys. Chem. 1984, 88, 6696.
H. J. Terpstra, R. A. de Groot, C. Haas, Phys. Rev. B 1995, 52, 11690.
G. W. Watson, S. C. Parker, J. Phys. Chem. B 1999, 103, 1258.
A. Walsh, G. W. Watson, J. Solid State Chem. 2005, 178, 1422.
J. Berashevich, O. Semeniuk, J. A. Rowlands, A. Reznik, Europhys. Lett. 2012, 99, 47005.
S. Lee, K. Esfarjani, T. Luo, J. Zhou, Z. Tian, G. Chen, Nat. Commun. 2014, 5, 3525.
E. S. Božin, C. D. Malliakas, P. Souvatzis, T. Proffen, N. A. Spaldin, M. G. Kanatzidis, S. J. Billinge, Science 2010, 330, 1660.
K. A. U. Holm, N. Roth, C. M. Zeuthen, K. Tolborg, A. A. Feidenhans'l, B. B. Iversen, Phys. Rev. B 2020, 102, 024112.
M. K. Brod, M. Y. Toriyama, G. J. Snyder, Chem. Mater. 2020, 32, 9771.
A. Walsh, D. J. Payne, R. G. Egdell, G. W. Watson, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 4455-.
M. Cagnoni, D. Führen, M. Wuttig, Adv. Mater. 2018, 30, 1801787.
B. Sangiorgio, E. S. Bozin, D. C. Malliakas, M. Fechner, A. Simonov, M. G. Kanatzidis, S. J. L. Billinge, N. A. Spaldin, T. Weber, Phys. Rev. Mater. 2018, 2, 085402.
J.-Y. Raty, M. Wuttig, J. Phys. D: Appl. Phys. 2020, 53, 234002.
J. P. Gaspard, Phys. Status Solidi RRL 2021, 15, 2000536.
P. Noé, C. Vallée, F. Hippert, F. Fillot, J.-Y. Raty, Semicond. Sci. Technol. 2017, 33, 013002.
I. Friedrich, V. Weidenhof, W. Njoroge, P. Franz, M. Wuttig, J. Appl. Phys. 2000, 87, 4130.
R. E. Simpson, P. Fons, A. V. Kolobov, T. Fukaya, M. Krbal, T. Yagi, J. Tominaga, Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 501.
B. J. Kooi, M. Wuttig, Adv. Mater. 2020, 32, 1908302.
E. Zallo, S. Cecchi, J. E. Boschker, A. M. Mio, F. Arciprete, S. Privitera, R. Calarco, Sci. Rep. 2017, 7, 1466.
R. Wang, F. R. L. Lange, S. Cecchi, M. Hanke, M. Wuttig, R. Calarco, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705901.
S. Maintz, V. L. Deringer, A. L. Tchougréeff, R. Dronskowski, J. Comput. Chem. 2016, 37, 1030.
K. Tolborg, C. Gatti, B. B. Iversen, IUCrJ 2020, 7, 480.
C. Persch, M. J. Müller, A. Yadav, J. Pries, N. Honné, P. Kerres, S. Wei, H. Tanaka, P. Fantini, E. Varesi, F. Pellizzer, M. Wuttig, Nat. Commun. 2021, 12, 4978.
X. Gonze, G. M. Rignanese, M. Verstraete, J. M. Beuken, Y. Pouillon, R. Caracas, F. Jollet, M. Torrent, G. Zerah, M. Mikami, P. Ghosez, M. Veithen, J. Y. Raty, V. Olevano, F. Bruneval, L. Reining, R. Godby, G. Onida, D. R. Hamann, D. C. Allan, Z. Kristallogr. 2005, 220, 558.
X. Gonze, J. M. Beuken, R. Caracas, F. Detraux, M. Fuchs, G. M. Rignanese, L. Sindic, M. Verstraete, G. Zerah, F. Jollet, M. Torrent, A. Roy, M. Mikami, P. Ghosez, J. Y. Raty, D. C. Allan, Comput. Mater. Sci. 2002, 25, 478.
G. Kresse, J. Furthmuller, Phys. Rev. B 1996, 54, 11169.
P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G. L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, A. Dal Corso, S. de Gironcoli, S. Fabris, G. Fratesi, R. Gebauer, U. Gerstmann, C. Gougoussis, A. Kokalj, M. Lazzeri, L. Martin-Samos, N. Marzari, F. Mauri, R. Mazzarello, S. Paolini, A. Pasquarello, L. Paulatto, C. Sbraccia, S. Scandolo, G. Sclauzero, A. P. Seitsonen, A. Smogunov, P. Umari, R. M. Wentzcovitch, J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 395502.
P. E. Blöchl, Phys. Rev. B 1994, 50, 17953.
J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
D. R. Hamann, Phys. Rev. B 2013, 88, 085117.
C. Hartwigsen, S. Goedecker, J. Hutter, Phys. Rev. B 1998, 58, 3641.
J. P. Perdew, A. Ruzsinszky, G. I. Csonka, O. A. Vydrov, G. E. Scuseria, L. A. Constantin, X. Zhou, K. Burke, Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 136406.
W. Ibarra-Hernández, J.-Y. Raty, Phys. Rev. B 2018, 97, 245205.
M. Kohout, DGrid 5.1, 2019.
N. Marzari, D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 1997, 56, 12847.
A. A. Mostofi, J. R. Yates, Y.-S. Lee, I. Souza, D. Vanderbilt, N. Marzari, Comp. Phys. Commun. 2008, 178, 685.
A. Otero-de-la-Roza, E. R. Johnson, V. Luaña, Comp. Phys. Commun. 2014, 185, 1007.
