薄膜,無稀混合イオン電子導体,Sr (Ti,Fe) O_3-dにおけるUV駆動酸素表面交換およびステキオメトリー変化

科学分野:

• 材料科学
• 固体化学
• 写真化学

背景:

• 混合導体ペロブスキットは電極,触媒,センサーに不可欠です.
• これらの材料における酸素ステキオメトリーの制御は,通常,温度,バイアス,またはガス大気に依存します.
• 光に誘発されたイオン反応を理解することは,光制御装置の開発の鍵です.

研究 の 目的:

• 酸素ステキオメトリーとSr (Ti1-xFex) O3-δ薄膜における低流量,帯域間隔の上の照明の影響を調査する.
• 酸素含有量を制御する伝統的な方法と光イオン反応を比較する.
• フォトイオン材料の基礎メカニズムを明らかにし,設計原理を特定する.

主な方法:

• 酸素ステキオメトリーをモニターするために,2.8 eVの光学伝送を100~500°CのSr(Ti1-xFex) O3-δ (x = 0.07,0.35) フィルムで利用した.
• 紫外線 (3.4 eV) 誘発光とpO2ステップ誘発光学伝送の緩解を比較した.
• ガスと固体とのインターフェース交換を遮断するために,UV透明のキャピング層を使用しています.
• 欠陥形成エンタルピーの第一原理シミュレーションを行いました.
• キャリアダイナミクスを研究するために超高速トランジントスペクトロスコーピーを使用しました.

主要な成果:

• バンドギャップ上の照明は,酸素の流れをSr{\Ti1-xFex}O3-δ膜に駆動し,酸素ステキオメトリを変化させます.
• 光イオン反応運動は,酸素表面交換制限プロセスと一致する.
• 固体とガスのインターフェースをカバーする層で遮断することで,UVによる光学的な緩解が排除されます.
• シミュレーションによると 照明は酸素の空白を エネルギー的に不利にします 準フェルミレベルが変化します
• Sr(Ti1-xFex) O3-δ (x = 0.07) のサンプルは,x = 0.35と比較して,より大きな光学反応とより遅いキャリア再結合を示した.

結論:

• バンドギャップの上の照明は酸素ステキオメトリーを効果的に制御し,希釈されていないペロブスキットでイオンフックスを駆動します.
• 酸素と表面の交換運動が 光イオン反応を制御する.
• フォトイオンアプリケーションのための材料の設計は,長い興奮したキャリア寿命と特定の欠陥タイプ (中性よりも高い電荷) を優先する必要があります.