Electronic Structure and X-Ray Absorption Near Edge Spectroscopy of Copper Oxides

V. R. Radina; Радина В. Р.; M. D. Manyakin; Манякин М. Д.; S. I. Kurganskii; Курганский С. И.

doi:10.31857/S0002337X23100111

Электронное строение и ближняя тонкая структура спектров рентгеновского поглощения оксидов меди

Авторы: Радина В.Р.¹, Манякин М.Д.¹, Курганский С.И.¹
Учреждения:
1. Воронежский государственный университет
Выпуск: Том 59, № 10 (2023)
Страницы: 1148-1154
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0002-337X/article/view/249397
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23100111
EDN: https://elibrary.ru/CDCLHS
ID: 249397

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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

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