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First-Principles Study on Structural Properties of GeO-2 and SiO-2 under Compression and Expansion Pressure

机译：压缩和膨胀压力下GeO-2和SiO-2结构性质的第一性原理研究

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The detailed analysis of the structural variations of three GeO-2 and SiO-2 polymorphs (α-quartz, α-cristobalite, and rutile) under compression and expansion pressure is reported. First-principles total-energy calculations reveal that the rutile structure is the most stable phase among the phases of GeO-2, while SiO-2 preferentially forms quartz. GeO-4 tetrahedras of quartz and cristobalite GeO-2 phases at the equilibrium volume are more significantly distorted than those of SiO-2. Moreover, in the case of quartz GeO-2 and cristobalite GeO-2, all O-Ge-O bond angles vary when the volume of the GeO-2 bulk changes from the equilibrium point, which causes further deformation of tetrahedra. In contrast, the tilt angle formed by Si-O-Si in SiO-2 markedly changes. This flexibility of the O-Ge-O bonds reduces the stress at the Ge/GeO-2 interface due to the lattice-constant mismatch and results in the low defective interface observed in the experiments [Matsubara et al.: Appl. Phys. Lett. 93 (2008) 032104; Hosoi et al.: Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 202112].
机译：报道了在压缩和膨胀压力下三种GeO-2和SiO-2多晶型物（α-石英，α-方石英和金红石）的结构变化的详细分析。第一性原理总能量计算表明，金红石结构是GeO-2相中最稳定的相，而SiO-2则优先形成石英。石英和方石英GeO-2相的GeO-4四面体在平衡体积处的变形比SiO-2更明显。此外，在石英GeO-2和方石英GeO-2的情况下，当GeO-2的体积从平衡点改变时，所有O-Ge-O键角都变化，这导致四面体进一步变形。相反，由SiO 2中的Si-O-Si形成的倾斜角显着变化。 O-Ge-O键的这种柔性减小了由于晶格常数不匹配而导致的Ge / GeO-2界面处的应力，并导致在实验中观察到的低缺陷界面[Matsubara等人：Appl.Chem.Sci。，1992，9，1897]。物理来吧93（2008）032104; Hosoi et al .：应用。物理来吧94（2009）202112]。

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