钙钛矿结构BaSnO₃因其卓越的室温迁移率和高可见光透过率而备受研究者关注。钙钛矿氧化物薄膜结构简单，能够十分灵活的对其进行掺杂及结构调控从而实现性能上的优化。钙钛矿氧化物中氧空位是一类普遍存在的非化学计量缺陷，且容易通过各种生长和后处理过程引入。氧原子实际占据率相对晶体结构中理想化学计量比的偏离，对材料物性的演变起着至关重要的作用。另外，在许多情况下，钙钛矿氧化物器件的退化或失效也是由氧缺陷的变化引起的。如图1(a)所示为BaSnO₃的立方钙钛矿结构，Ba离子占据立方体的中心，SnO₆构成的八面体占据立方体的八个顶点。

图1 (a) BaSnO₃晶体的立方钙钛矿结构。(b) 在3×3×3钙钛矿超晶胞中引入两个氧空位的结构示意图。A位绿色圆球代表Ba离子，其中一个Ba离子被La离子取代，标记为蓝色。B位灰色圆球代表Sn离子。氧八面体顶角的红色小球为O离子，其中氧空位由紫色虚线圈标记。

     通常认为氧空位在缺氧BaSnO₃中起到电子施主的作用，提供自由电子载流子使其导电性进一步提升。陆亚林教授团队在对钙钛矿氧化物BaSnO₃电学性质的系统研究中发现：与已见报道的缺氧BaSnO3的典型行为相反（如图2(a)所示），具有La重掺杂的BaSnO₃薄膜随氧空位增加从金属态过渡到绝缘态，并伴随有载流子浓度和迁移率的进一步降低。缺氧La_0.04Ba_0.96SnO₃（LBSO）中施主La提供的电子载流子被额外引入的氧空位束缚，V_O和La³⁺的缺陷相互作用使体系表现出强电子局域化行为。结合第一性原理计算（模型如图1(b)所示），提出La_0.04Ba_0.96SnO₃中氧空位的出现使禁带中引入新的局域能级(能级主要由O 2p和Sn 5s5p杂化形成，如图2(b)和(c)所示)，束缚自由电子使得体系中费米能级降低。这些实验和理论工作充分解释了La掺杂BaSnO₃体系中氧空位引起的强电子局域化现象，为BaSnO₃体系中氧缺陷和电子态的控制打下基础。

图2 (a) 1 Pa到7.5 Pa不同生长氧压下（低氧条件氧空位浓度增加）制备LBSO薄膜的归一化电阻率-温度(R-T)曲线，箭头所示温度为金属-绝缘态转变点。第一性原理计算结果：向3×3×3超晶胞中引入 (b) 一个氧空位和 (c) 两个氧空位时的能带结构图；红色标记的能级为氧空位作用下额外引入的束缚能级。

     相关研究成果以“Oxygen deficiency induced strongelectron localization in lanthanum doped transparent perovskite oxide BaSnO₃”为题在线发表在PhysicalReview B上 (Phys. Rev. B 100, 165312 (2019), DOI: 10.1103/PhysRevB.100.165312 )文章共同第一作者为中国科学技术大学化学与材料科学学院博士生崔佳萌和张莹莹，通讯作者为王建林副研究员、傅正平副教授和陆亚林教授。