Intercambio de superficie de oxígeno impulsado por rayos UV y cambios de estequiometría en un conductor electrónico...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• La fotoquímica

Sus antecedentes:

• Las perovskitas de conducción mixta con hierro son cruciales para electrodos, catalizadores y sensores.
• El control de la estequiometría de oxígeno en estos materiales generalmente se basa en la temperatura, el sesgo o la atmósfera de gases.
• La comprensión de las respuestas iónicas inducidas por la luz es clave para el desarrollo de dispositivos controlados por luz.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de la iluminación de baja fluidez, por encima de la brecha de banda, en la estequiometría del oxígeno y el flujo en películas delgadas Sr{Ti1-xFex) O3-δ.
• Comparar las respuestas fotoiónicas con los métodos tradicionales de control del contenido de oxígeno.
• Aclarar los mecanismos subyacentes e identificar los principios de diseño de los materiales fotoiónicos.

Principales métodos:

• Se utilizó la transmisión óptica a 2,8 eV para el control de la estequiometría del oxígeno en las películas Sr{Ti1-xFex) O3-δ (x = 0,07, 0,35) entre 100 y 500 °C.
• Relajaciones de transmisión óptica inducidas por la luz UV (3,4 eV) comparadas con las inducidas por el paso pO2.
• Se emplean capas de tapa transparentes a los rayos UV para bloquear el intercambio de interfaz gas-sólido.
• Realizó simulaciones de primer principio de las entalpias de formación de defectos.
• Utilizó espectroscopia transitorio ultrarrápida para estudiar la dinámica del portador.

Principales resultados:

• La iluminación por encima de la brecha de banda impulsa el flujo de oxígeno en las películas Sr{\displaystyle Sr} Ti1-xFex) O3-δ, alterando la estequiometría del oxígeno.
• La cinética de la respuesta fotoiónica es consistente con los procesos limitados por el intercambio de oxígeno en la superficie.
• El bloqueo de la interfaz sólido-gas con una capa de tapa eliminó las relajaciones ópticas inducidas por los rayos UV.
• Las simulaciones sugieren que la iluminación desfavorece energéticamente las vacantes de oxígeno cambiando los niveles cuasi-Fermi.
• La muestra Sr(Ti1-xFex) O3-δ (x = 0,07) mostró una respuesta óptica más grande y una recombinación del portador más lenta en comparación con x = 0,35.

Conclusiones:

• La iluminación por encima de la brecha de banda controla efectivamente la estequiometría de oxígeno y impulsa el flujo iónico en perovskitas no diluidas.
• La cinética de intercambio oxígeno-superficie gobierna la respuesta fotoiónica.
• El diseño de materiales para aplicaciones fotoiónicas debe dar prioridad a las largas vidas de los portadores excitados y a los tipos específicos de defectos (altamente cargados sobre los neutros).