1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 8, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 8, стр. 89-97

Электронная структура тонких пленок диоксида олова

М. Д. Манякин a, *, С. И. Курганский a

a Воронежский государственный университет
394018 Воронеж, Россия

* E-mail: manyakin@phys.vsu.ru

Поступила в редакцию 27.12.2022
После доработки 05.02.2023
Принята к публикации 05.02.2023

Аннотация

Методом линеаризованных присоединенных плоских волн в рамках теории функционала плотности в приближении обобщенного градиента проведено моделирование электронной структуры нанопленок диоксида олова (001) в широком диапазоне толщин. Рассчитаны спектры полной и локальных парциальных плотностей электронных состояний, характеризующих электронное строение атомов, распложенных в различных слоях рассматриваемых пленок. Показано, что влияние поверхности приводит к возникновению энергетических особенностей плотности состояний, локализованных в запрещенной зоне. Предложена модель, описывающая послойную трансформацию электронной структуры при переходе от поверхности к объему кристалла SnO2. В качестве модельного объекта рассмотрена пленка SnO2(001) толщиной в 8 элементарных ячеек. Обнаружено, что поверхностные электронные состояния, возникающие в запрещенной зоне в пленках SnO2(001), пространственно сильно локализованы – их плотность спадает практически до нуля уже к третьему от поверхности атомному слою. Рассмотрена применимость совместного использования метода слоистой сверхрешетки и метода остовной дырки для моделирования спектров поглощения рентгеновского излучения в нанопленках. Установлено, что при расчете спектров вблизи края поглощения рентгеновского излучения для атомов в поверхностном слое нанопленок SnO2 влияние, оказываемое поверхностью, значительно больше влияния, оказываемого остовной дыркой. Поэтому при расчете спектров для атомов в поверхностном слое нанопленок в первом приближении остовной дыркой можно пренебречь.

Ключевые слова: диоксид олова, SnO2, нанопленки, поверхность, компьютерное моделирование, электронная структура, плотность электронных состояний, спектроскопия вблизи края поглощения рентгеновского излучения, XANES.

Список литературы

  1. Orlandi M.O. Tin Oxide Materials Synthesis, Properties, and Applications. Elsevier Inc., 2020. 628 p.

  2. Nascimento E.P., Firmino H.C.T., Neves G.A., Menezes R.R. // Ceram. Int. 2022. V. 48. Iss. 6. P. 7405. http://doi.org./10.1016/j.ceramint.2021.12.123

  3. Dalapati G.K., Sharma H., Guchhait A., Chakrabarty N., Bamola P., Liu Q., Saianand G., Krishna A.M.S., Mukhopadhyay S., Dey A., Wong T.K.S., Zhuk S., Ghosh S., Chakrabortty S., Mahata C., Biring S., Kumar A., Ribeiro C.S., Ramakrishna S., Chakraborty A.K., Krishnamurthy S., Sonar P., Sharma M. // J. Mater. Chem. A. 2021. V. 9. Iss. 31. P. 16621. http://doi.org./10.1039/D1TA01291F

  4. Nwanna E.C., Imoisili P.E., Jen T.-C. // J. King Saud University – Sci. 2022. V. 34. Iss. 5. P. 102123. http://doi.org./10.1016/j.jksus.2022.102123

  5. Feng X., Ma J., Yang F., Ji F., Zong F., Luan C., Ma H. // Solid State Comm. 2007. V. 144. Iss. 7–8. P. 269. http://doi.org./10.1016/j.ssc.2007.07.028

  6. Luan C., Ma J., Yu X., Zhu Z., Mi W., Lv Y. // Vacuum. 2012. V. 86. Iss. 9. P. 1333. http://doi.org./10.1016/j.vacuum.2011.12.009

  7. Godin T.J., LaFemina J.P. // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. Iss. 11. P. 6518. http://doi.org./10.1103/PhysRevB.47.6518

  8. Maki-Jaskari M.A., Rantala T.T. // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. Iss. 24. P. 245428. http://doi.org./10.1103/PhysRevB.65.245428

  9. Duan Y. // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. Iss. 4. P. 045332. http://doi.org./10.1103/PhysRevB.77.045332

  10. Floriano E.A., de Andrade Scalvi L.V., Sambrano J.R., Geraldo V. // Mater. Res. 2010. V. 13. № 4. P. 437. http://doi.org./10.1590/S1516-14392010000400004

  11. Mounkachi O., Salmani E., Lakhal M., Ez-Zahraouy H., Hamedoun M., Benaissa M., Kara A., Ennaoui A., Benyoussef A. // Solar Energy Mater. Solar Cells. 2016. V. 148. P. 34. http://doi.org./10.1016/j.solmat.2015.09.062

  12. Wang M., Feng T., Ren J., Gao L., Li H., Hao Z., Yue Y., Zhou T., Hou D. // J. Phys. Chem. Solids. 2022. V. 163. P. 110586. http://doi.org./10.1016/j.jpcs.2022.110586

  13. Dos Santos S.B.O., Boratto M.H., Ramos Jr. R.A., Scalvi L.V.A. // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 278. P. 125571. http://doi.org./10.1016/j.matchemphys.2021.125571

  14. Кристаллографическая и кристаллохимическая База данных для минералов и их структурных аналогов. (2022) Институт экспериментальной минералогии РАН. http://database.iem.ac.ru/mincryst/. Дата посещения 15.12.2022

  15. Бекенев В.Л., Зубкова С.М. // ФТП. 2017. Т. 51. Вып. 1. С. 26. http://doi.org./10.21883/FTP.2017.01.43991.8226

  16. Манякин М.Д., Курганский С.И., Дубровский О.И., Лихачев Е.Р. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2017. Т. 19. № 4. С. 542. http://doi.org./10.17308/kcmf.2017.19/235

  17. Chen J.G. // Surf. Sci. Rep. 1997. V. 30. Iss. 1–3. P. 1. http://doi.org./10.1016/S0167-5729(97)00011-3

  18. Hebert C., Luitz J., Schattschneider P. // Micron. 2003. V. 34. Iss. 3–5. P. 219. http://doi.org./10.1016/s0968-4328(03)00030-1

  19. Mizoguchi T., Tanaka I., Yoshioka S., Kunisu M., Yamamoto T., Ching W.Y. // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. Iss. 4. P. 045103. http://doi.org./10.1103/PhysRevB.70.045103

  20. Курганский С.И., Манякин М.Д., Дубровский О.И., Чувенкова О.А., Турищев С.Ю., Домашевская Э.П. // ФТТ. 2014. Т. 56. № 9. С. 1690. http://doi.org./10.1134/S1063783414090170

  21. Manyakin M.D., Kurganskii S.I., Dubrovskii O.I., Chuvenkova O.A., Domashevskaya E.P., Ryabtsev S.V., Ovsyannikov R., Parinova E.V., Sivakov V., Turishchev S.Yu. // Mater. Sci. Semicond. Proc. 2019. V. 99. P. 28. http://doi.org./10.1016/j.mssp.2019.04.006

  22. Blaha P., Schwarz K., Tran F., Laskowski R., Madsen G.K.H., Marks L.D. // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. P. 074101. http://doi.org./10.1063/1.5143061

  23. Perdew J.P., Yue W. // Phys. Rev. B. 1986. V. 33. Iss. 12. P. 8800. http://doi.org./10.1103/PhysRevB.33.8800

  24. Tang P., Ren S., Zhang J., Wua L., Li W., Li B., Zeng G., Wang W., Liu C., Feng L. // Mater. Sci. Semicond. Proc. 2020. V. 113. P. 105020. http://doi.org./10.1016/j.mssp.2020.105020

  25. Manyakin M.D., Kurganskii S.I. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1658. P. 012032. http://doi.org./10.1088/1742-6596/1658/1/012032

  26. Wen Z., Tian-mo L., Xiao-fei L. // Physica B: Cond. Matter. 2010. V. 405. P. 3458. http://doi.org./10.1016/j.physb.2010.05.023

  27. Kufner S., Schleife A., Hoffling B., Bechstedt F. // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. P. 075320. http://doi.org./10.1103/PhysRevB.86.075320

  28. Rachut K., Körber C., Brötz J., Klein A. // Phys. Status Solidi A. 2014. V. 211. Iss. 9. P. 1997. http://doi.org./10.1002/pssa.201330367

  29. Akgul F.A., Gumus C., Er A.O., Farha A.H., Akgul G., Ufuktepe Y., Liu Z. // J. Alloys Compd. 2013. V. 579. P. 50. http://doi.org./10.1016/j.jallcom.2013.05.057

  30. Sanjines R., Coluzza C., Rosenfeld D., Gozzo F., Almeras Ph., Levy F., Margaritondo G. // J. Appl. Phys. 1993. V. 73. Iss. 8. P. 3997. http://doi.org./10.1063/1.352865

  31. Nagasawa Y., Choso T., Karasuda T., Shimomura S., Ouyang F., Tabata K., Yamaguchi Y. // Surf. Sci. 1999. V. 433–435. P. 226. http://doi.org./10.1016/S0039-6028(99)00044-8

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал