GeO/SnO/PbO二元氧化物的第一性原理研究：结构力学与热电性能的突破性发现

本研究通过第一性原理计算系统揭示了GeO、SnO和PbO二元氧化物的结构稳定性（正交晶系）、力学性能（GeO体模量最高/PbO杨氏模量最优）及半导体特性（直接带隙1.625-1.677 eV），填补了热电材料领域理论空白，为新型光电器件开发提供关键数据支撑。

　　

在半导体材料研发领域，二元氧化物因其独特的电子结构和可调控性能备受关注。然而，GeO、SnO和PbO等关键材料的基础物性数据长期匮乏，特别是温度/压力依赖的热电性能机制不明，严重制约了其在光伏器件、传感器等领域的应用。针对这一瓶颈，研究人员采用第一性原理计算方法，首次系统揭示了这些材料的本征特性。

研究团队运用WIEN2k软件包中的全势线性缀加平面波法(FP-LAPW)，基于广义梯度近似(GGA)框架，对比分析了四种晶体结构（立方Fm^ˉ3m、六方P6₃mc、正交Pnma、三方R₃m）的稳定性。通过计算形成能确认正交相为最稳定结构，进而系统研究了其力学、热电及电子性能。

【结构性质】
正交晶系的GeO/SnO/PbO展现出独特力学响应：GeO具有最高体模量（标志抗压缩能力），PbO则显示最大杨氏模量（反映刚性特征）。泊松比分析揭示GeO呈现金属键合特性，PbO表现负泊松比效应（拉胀材料特性）。

【热电性能】
在0-1000K温度范围和0-60GPa压力条件下，三种材料的热膨胀系数和热导率呈现显著差异。GeO的pugh比值表明其延展性，而SnO/PbO则表现为脆性材料，这对器件加工工艺具有指导意义。

【电子结构】
能带计算证实三者均为直接带隙半导体：GeO(1.625eV)、SnO(0.543eV)、PbO(1.677eV)，这种特殊的带隙分布使其适用于不同波段的的光电转换器件。电荷密度分布进一步解释了PbO的强极化响应特性。

该研究首次建立了二元氧化物的"结构-性能"关系图谱，不仅解决了基础物性数据缺失的问题，更通过理论预测指出：正交相PbO的负泊松比特性和高热稳定性，使其在柔性电子器件领域具有特殊应用潜力；而GeO的宽直接带隙特性则为紫外光电器件设计提供了新选择。这些发现为下一代功能材料的理性设计提供了重要理论依据，相关成果发表在《Computational and Theoretical Chemistry》期刊。