Experimental and ab Initio Studies of Deep-Bulk Traps in Doped Rare-Earth Oxide Thick Films

Autor(es)

Rocha, Leandro S. R. ^[1] ; Schipani, Federico ^{[2, 3]} ; Aldao, Celso M. ^{[2, 3]} ; Cabral, Luis ^[4] ; Simoes, Alexandre Z. ^[5] ; Macchi, Carlos ^{[6, 7]} ; Marques, Gilmar E. ^{[4, 2, 3]} ; Ponce, Miguel A. ^{[1, 2, 3]} ; Longo, Elson ^[1]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Fed Sao Carlos, Dept Chem, BR-13565905 Sao Carlos - Brazil

^[2] Univ Mar Del Plata, Inst Mat Sci & Technol INTEMA, RA-7600 Mar Del Plata - Argentina

^[3] Natl Res Council CONICET, RA-7600 Mar Del Plata - Argentina

^[4] Univ Fed Sao Carlos, Dept Phys, BR-13565905 Sao Carlos - Brazil

^[5] Sao Paulo State Univ UNESP, Sch Engn, BR-01049010 Guaratingueta - Brazil

^[6] Inst Fis Mat Tandil UNCPBA, RA-7000 Tandil - Argentina

^[7] Consejo Nacl Invest Cient & Tecn, CICPBA, UNCPBA, CIFICEN, RA-7000 Tandil - Argentina

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Journal of Physical Chemistry C; v. 124, n. 1, p. 997-1007, JAN 9 2020.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

Lanthanum-doped CeO2 is a promising semiconductor for gas sensing. A combined study applying impedance spectroscopy and first-principles calculations was performed for pure and lanthanum-doped samples. The results showed a strong influence of the localized Ce 4f states on the electrical conduction processes and an electrical resistance increase as a function of the exposure to vacuum and air atmospheres. After its modification with a rare-earth element along with exposure to reducing and oxidizing atmospheres, the observed behavior suggested the presence of multitraps, which depended on the described equilibrium between the oxygen vacancies (V-o(x) <-> V-O <-> V-O) in a disordered deep-bulk trap location. According to the DFT results, the multitraps were formed with the creation of an oxygen vacancy far from the doping atom. They were considered to be responsible for the phenomena modifying the Debye-like response. The transfer of electrons from Ce(III) to the adsorbed oxygen species, decreasing the number of electrons in the 4f state, reduced the electrical conductivity by the hopping frequency dependence of the total resistance and capacitances. This was probably due to the interactions between defective oxygen and metallic species. (AU)

• Processo FAPESP: 18/20729-9 - Formação de Nanopartículas de Prata por Irradiação a Laser: Uma Investigação ab initio
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• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 14/19142-2 - Caracterização e processamento de nanoestruturas semicondutoras e aplicações como dispositivos
• Beneficiário: Gilmar Eugenio Marques
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 18/20590-0 - Novos nanomateriais híbridos à base de elementos terras-rara renováveis para aplicações multifuncionais energéticas e de sensoriamento ambiental
• Beneficiário: Leandro Silva Rosa Rocha
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 16/25500-4 - Funcionalização de nanotubos semicondutores via interface e adsorção de gases: uma abordagem computacional
• Beneficiário: Naiara Letícia Marana
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• Processo FAPESP: 17/19143-7 - Uma abordagem teórico-experimental dos mecanismos de condução e defeitos de interface em heteroestruturas sensoras baseados em semicondutores P-N e N-N a partir de matrizes de CeO2
• Beneficiário: Rafael Aparecido Ciola Amoresi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado