Динамика процессов электрон-дырочной рекомбинации и захвата носителей в анатазе, легированном бором, углеродом или азотом
Жуков В.П.1, Chulkov E.V.2
1Институт химии твердого тела Уральского oтделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия
2Basque Country University, San Sebastian, Spain
Email: Zhukov@ihim.uran.ru
Поступила в редакцию: 18 февраля 2013 г.
Выставление онлайн: 20 августа 2013 г.
Методом теории возмущений выполнено первопринципное исследование процессов безызлучательной рекомбинации электрон-дырочных пар и связывания возбужденных носителей тока с примесными атомами в анатазе, легированном бором, углеродом, азотом. В качестве возмущения использован динамически экранированный потенциал межэлектронного взаимодействия, вычисленный в приближении случайных фаз. Показано, что при легировании бором и углеродом наиболее вероятными являются обменные процессы, при которых происходит связывание электронов с примесным атомом, а при легировании азотом наиболее вероятны обменные процессы, в результате которых с примесным атомом связываются дырки. Данные процессы происходят во временном интервале менее 2 fs. Далее следуют процессы потери энергии несвязанных электронов и дырок на генерацию фононов. Для случая легирования азотом выполнена оценка времени данного процесса, около 300 fs. Для образующихся при этом экситонов произведены оценки энергии кванта люминесценции и энергии связи электронов или дырок с примесным атомом. Обсуждается соответствие расчетных данных результатам экспериментов по фотокатализу на поверхности N-легированного анатаза.
- A. Yamamoto, Т. Kido, Т. Goto, Y. Chen, Т. Yao, A. Kasuya. Appl. Phys. Lett. 75, 469 (1999)
- C.-K. Sun, S.-Z. Sun, K.-H. Lin, K.Y.-J. Zhang, H.-L. Liu, S.-C. Liu, J.-J. Wu. Appl. Phys. Lett. 87, 023 106 (2005)
- X. Wen, J. Davis, D. Mc Donald, L. Dao, P. Hannaford, V. Coleman, H. Tan, С. Jagadish, K. Koike, S. Sasa. Nanotechnology 18, 315 403 (2007)
- E. Hendry, M. Koeberg, M. Bonn. Phys. Rev. В 76, 045 214 (2007)
- Q. Shen, K. Katayama, M. Yamaguchi, T. Sawada, T. Toyoda. Thin Solid Films 486, 15 (2005)
- Q. Shen, К. Katayama, Т. Sawada, M. Yamaguchi, Y. Kumagai, T. Toyoda. Chem. Phys. Lett. 419, 464 (2006)
- V. Zhukov, P. Echenique, E. Chulkov. Phys. Rev. В 82, 094 302 (2010)
- V. Zhukov, E. Chulkov. J. Phys.: Cond. Matter 22, 435 802 (2010)
- V. Zhukov, V. Tyuterev, E. Chulkov. J. Phys.: Cond. Matter 24, 405 802 (2012)
- В.П. Жуков, В.Г. Тютерев. ФТТ 54, 11, 27 (2012)
- М. Henderson. Surf. Sci. Rep. 66, 185 (2011)
- F. Bertram, J. Christen, A. Dadgar, A. Krost. Appl. Phys. Lett. 90, 041 917 (2007)
- A. Amtout, R. Lionelly. Phys. Rev. В 51, 6842 (1995)
- Т. Sekiya, M. Tasaki, K. Wakabayashi, S. Kurita. J. Lumin. 108, 69 (2004)
- K. Fujihara, S. Izumi, T. Ohno, M. Matsumura. J. Photochem. Photobiology A 132, 99 (2000)
- H. Ghosh, S. Adhikari. Langmuir 17, 4129 (2001)
- T. Tachikawa, S. Tojo, M. Fujitsuka, T. Sekino, T. Majima. J. Phys. Chem. В 110, 14 055 (2006)
- X. Yang, N. Tamai. Phys. Chem. Chem. Phys. 3, 3393 (2001)
- Y. Tamaki, A. Furube, M. Murai, К. Нага, R. Katoh, M. Tachiya. Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 1453 (2007)
- V. Zhukov, E. Chulkov. Phys. Status Solidi 249, 5, 1063 (2012)
- R. Loudon. The quantum theory of light. Oxford University Press Inc., N.Y. (1983) 487 p
- R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, K. Aoki, Y. Taga. Science 293, 269 (2001)
- В.Н. Красильников, А.П. Штин, О.В. Гырдасова, Е.В. Поляков, Л.Ю. Булдакова, М.Ю. Янченко, В.М. Зайнуллина, В.П. Жуков. ЖНХ 55, 8, 1258 (2010)
- A.R. Beattie, Р.Т. Landsberg. Proc. Roy. Soc. Lond. A 249, 16 (1959)
- S. Picozzi, R. Asahi, A. Freeman. J. Comput. Electron. 2, 197 (2003)
- F. Aryasetiawan, O. Gunnarsson. Phys. Rev. В 49, 16 214 (1994)
- F. Aryasetiawan, O. Gunnarsson. Rep. Prog. Phys. 61, 237 (1998)
- V.P. Zhukov, E. Chulkov, P. Echenique. Phys. Rev. В 65, 115 116 (2002)
- V.P. Zhukov, E. Chulkov, P. Echenique. Phys. Rev. Lett. 93, 9, 096 401 (2004)
- N. Feng, A. Zheng, Q. Wang, P. Ren, X. Gao, S.-B. Liu, Z. Shen, T. Chen, F. Deng. J. Phys. Chem. С 115, 2709 (2011)
- http://www.quantum-espresso.org; http://www.pwscf.org (2010)
- M. Murakami, Y. Matsumoto, K. Nakajima, T. Makino, Y. Segawa, T. Chikyow, P. Ahmet, M. Kawasaki, H. Koinuma, Appl. Phys. Lett. 78, 2664 (2001)
- H. Irie, Y. Watanabe, K. Hashimoto. J. Phys. Chem. В 107, 5483 (2003)
- M. Mrowetz, W. Balcerski, A. Colussi, M. Hoffmann. J. Phys. Chem. В 108, 17 269 (2004)
- H. Fu, L. Zhang, S. Zhang, Y. Zhu, J. Zhao. J. Phys. Chem. В 110, 3061 (2006)
- Т. Tachikawa, M. Fujitsuka, T. Majima. J. Phys. Chem. С 111, 5259 (2007)
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.