1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 10, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 10, стр. 1148-1154

Электронное строение и ближняя тонкая структура спектров рентгеновского поглощения оксидов меди

В. Р. Радина 1, *, М. Д. Манякин 1, С. И. Курганский 1

1 Воронежский государственный университет
394018 Воронеж, Университетская пл., 1, Россия

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

Поступила в редакцию 06.05.2023
После доработки 16.10.2023
Принята к публикации 17.10.2023

Аннотация

Представлены результаты теоретического исследования электронного строения оксидов меди. В рамках теории функционала плотности полнопотенциальным методом линеаризованных присоединенных плоских волн с использованием модифицированного потенциала Бэки–Джонсона mBJ рассчитаны зонные структуры оксидов меди Сu2O и СuO. Установлено, что использование модифицированного потенциала Бэки–Джонсона дает лучшее согласие результатов расчета зонной структуры оксидов меди с экспериментом по сравнению с приближением GGA. Применение потенциала mBJ позволило описать оба соединения как полупроводники, параметры зонной структуры которых качественно согласуются с экспериментом. Вычислены спектры ближней тонкой структуры L3-края рентгеновского поглощения меди и K-края поглощения кислорода в Сu2O и СuO при различных степенях заполнения остовного уровня, с которого происходит электронный переход, и сопоставлены с экспериментальными данными.

Ключевые слова: оксиды меди, электронная структура, XANES, метод ЛППВ, моделирование

Список литературы

  1. Sharshir S.W., El-Shafai N.M., Ibrahim M.M., Kandeal A.W., El-Sheshtawy H.S., Ramadan M.S., Rashad M., El-Mehasseb I.M. Effect of Copper Oxide/Cobalt Oxide Nanocomposite on Phase Change Material for Direct/Indirect Solar Energy Applications: Experimental Investigation // J. Energy Storage. 2021. V. 38. P. 102526. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102526

  2. Dutta P., Mandal R., Bhattacharyya S., Dey R., Dhar R.S. Fabrication and Characterization of Copper Based Semiconducting Materials for Optoelectronic Applications // Microsyst. Technol. 2021. V. 27. P. 3475.https://doi.org/10.1007/s00542-020-05145-5

  3. Kwon J., Cho H., Jung J., Lee H., Hong S., Yeo J., Han S., Ko S.H. ZnO/CuO/M (M = Ag, Au) Hierarchical Nanostructure by Successive Photoreduction Process for Solar Hydrogen Generation // Nanomaterials. 2018. V. 8. № 5. P. 323. https://doi.org/10.3390/nano8050323

  4. Majumdar D., Ghosh S. Recent Advancements of Copper Oxide Based Nanomaterials for Supercapacitor Applications // J. Energy Storage. 2021. V. 34. P. 101995. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101995

  5. Majumder T., Das D., Jena S., Mitra A., Dasa S., Majumder S.B. Electrophoretic Deposition of Metal-Organic Framework Derived Porous Copper Oxide Anode for Lithium and Sodium Ion Rechargeable Cells // J. Alloys Compd. 2021. V. 879. P. 160462. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160462

  6. Kwon H., Kim J., Ko K., Matthewsc M.J., Suh J., Kwon H.J., Yoo J.H. Laser-Induced Digital Oxidation for Copper-Based Flexible Photodetectors // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 540. P. 14833. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.148333

  7. Rahman M.M., Alam M.M., Hussain M.M., Asiri A.M., Zayed M.E.M. Hydrothermally Prepared Ag2O/CuO Nanomaterial for an Efficient Chemical Sensor Development for Environmental Remediation // Environ. Nanotechnol. Monit. Manag. 2018. V. 10. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2018.04.001

  8. Hebert C., Luitz J., Schattschneider P. Improvement of Energy Loss Near Edge Structure Calculation Using Wien2k // Micron. 2003. V. 34. P. 219–225. https://doi.org/10.1016/S0968-4328(03)00030-1

  9. Курганский С.И., Манякин М.Д., Дубровский О.И., Чувенкова О.А., Турищев С.Ю., Домашевская Э.П. Теоретическое и экспериментальное исследование структуры диоксида олова // Физика твердого тела. 2014. Т. 56. № 9. С. 1690–1695. https://doi.org/10.1134/S1063783414090170

  10. 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. Electronic and Atomic Structure Studies of Tin Oxide Layers Using X-Ray Absorption Near Edge Structure Spectroscopy Data Modelling // Mater. Sci. Semicond. Process. 2019. V. 99. P. 28–33. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2019.04.006

  11. Nesvizhskii A.I., Rehr J.J. L-edge XANES of 3d-transition Metals // J. Synchrotron Radiat. 1999. V. 6. P. 315–316. https://doi.org/10.1107/S0909049599001697

  12. Слэтер Дж. Методы самосогласованного поля для молекул и твердых тел / Под ред. Вонсовского В.А., Чиркова А.К. М.: Мир, 1978. 672 с.

  13. Grioni M., van Acker J.F., Czyzyk M.T., Fuggle J.C. Unoccupied Electronic Structure and Core-Hole Effects in the X-Ray-Absorption Spectra of Cu2O // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1992. V. 45. P. 3309–3312. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.3309

  14. Meyer B.K., Polity A., Reppin D., Becker M., Hering P., Klar P.J., Sander T., Reindl C., Benz J., Eickhoff M., Heiliger C., Heinemann M., Blasing J., Krost A., Shokovets S., Muller C., Ronning C. Binary Copper Oxide Semiconductors: from Materials towards Devices // Phys. Status Solidi B. 2012. V. 249. P. 1487–1509. https://doi.org/10.1002/pssb.201248128

  15. Wu D., Zhang Q., Tao M. LSDA + U Study of Cupric Oxide: Electronic Structure and Native Point Defects // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2006. V. 73. P. 235206. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.235206

  16. Nolan M., Elliott S.D. The p-Type Conduction Mechanism in Cu2O: a First Principles Study // Phys. Chem. Chem. Phys. 2006. V. 8. P. 5350–5358. https://doi.org/10.1039/B611969G

  17. Schwarz K., Blaha P., Madsen G.K.H. Electronic Structure Calculations of Solids Using the WIEN2k Package for Material Sciences // Comput. Phys. Commun. 2002. V. 147. P. 71–76. https://doi.org/10.1016/S0010-4655(02)00206-0

  18. Tran F., Blaha P. Accurate Band Gaps of Semiconductors and Insulators with a Semilocal Exchange-Correlation Potential // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 102. P. 226401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.226401

  19. Ruiz E., Alvarez S., Alemany P., Evarestov R.A. Electronic Structure and Properties of Cu2O // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1997. V. 56. P. 7189. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.7189

  20. Asbrink S., Norrby L.J. A Refinement of the Crystal Structure of Copper(II) Oxide with a Discussion of Some Exceptional E.s.d.'s // Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci. 1970. V. 26. P. 8–15. https://doi.org/10.1107/S0567740870001838

  21. Heinemann M., Eifert B., Heiliger C. Band Structure and Phase Stability of the Copper Oxides Cu2O, CuO, and Cu4O3 // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2013. V. 87. P. 11511. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.115111

  22. Wang Y., Lany S., Ghanbaja J., Fagot-Revurat Y., Chen Y.P., Soldera F., Horwat D., Mücklich F., Pierson J.F. Electronic Structures of Cu2O, Cu4O3, and CuO: a Joint Experimental and Theoretical Study // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2016. V. 94. P. 245418. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.245418

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал