Размер экситонов в полупроводниковых сульфидах MS (M = Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Sn, Pb)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

C использованием данных об эффективных массах носителей заряда и диэлектрической проницаемости обобщены сведения о размерах экситонов в крупнокристаллических сульфидах меди, серебра, цинка, кадмия, ртути, олова и свинца. С учетом размеров экситонов рассмотрена возможность вдияния размерных эффектов на электронные (оптические) свойства указанных сульфидов в наноразмерном (нанокристаллическом) состоянии.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. И. Садовников

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: sadovnikov@ihim.uran.ru
Russian Federation, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620990

А. И. Гусев

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Email: sadovnikov@ihim.uran.ru
Russian Federation, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620990

References

  1. Fang X., Zhai T., Gautam U.K., Li L., Wu L., Bando Y., Golberg D. ZnS Nanostructures: From Synthesis to Applications // Progr. Mater. Sci. 2011. V. 56. № 2. P. 175–287. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2010.10.001
  2. Sadovnikov S.I., Gusev A.I. Recent Progress in Nanostructured Silver Sulfide Ag 2 S: From Synthesis and Nonstoichiometry to Properties // J. Mater. Chem. A. 2017. V. 5. № 34. P. 17676–17704. https://doi.org/10.1039/C7TA04949H
  3. Sadovnikov S.I., Rempel A.A., GusevA.I. Nanostructured Lead, Cadmium and Silver Sulfides: Structure, Nonstoichiometry and Properties. Heidelberg: Springer, 2018. 317 p.
  4. Nasir J.A., Rehman Z., Shah S.N.A., Khan A., Butler I.S., Catlow C.R.A. Recent Developments and Perspectives in CdS-based Photocatalysts for Water Splitting // J. Mater. Chem. A. 2020. V. 8. № 40. P. 20752–20780. https://doi.org/10.1039/d0ta05834c
  5. Шуклов И.А., Разумов В.Ф. Коллоидные квантовые точки халькогенидов свинца для фотоэлектрических устройств // Успехи химии. 2020. Т. 89. № 3. С. 379–391. https://doi.org/10.1070/RCR4917?locatt =label: RUSSIAN
  6. Li R., Tang L., Zhao Q., Teng K.S., Lau S.P. Facile Synthesis of ZnS Quantum Dots at Room Temperature for Ultra-Violet Photodetector Applications // Chem. Phys. Lett. 2020. V. 742. P. 137127. 6 p. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137127
  7. Thang B.V., Tung H.T., Phuc D.H., Nguyen T.P., Man T.V., Vinh L.Q. High-efficiency Quantum Dot Sensitized Solar Cells Based on Flexible rGO-Cu2S Electrodes Compared with PbS, CuS, Cu2S CEs // Solar Energ. Mater.Solar Cells. 2023. V. 250. P. 112042. 9 p. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2022.112042
  8. Singh R., Singh R.R. Optical Properties of ZnS Quantum Dots: Applications in Solar Cells and Biomedicine // Biointerf. Res. Appl. Chem. 2022. V. 13. № 2. P. 158. 9 p. https://doi.org/10.33263/BRIAC132.158
  9. Luo X., He Z., Meng R., Zhang C., Chen M., Lu H., Yang Y. SnS Quantum Dots with Different Sizes in Active Layer for Enhancing the Performance of Perovskite Solar Cells // Appl. Phys. A. 2021. V.127. № 5. P. 317. 11 p. https://doi.org/10.1007/s00339-021-04474-0
  10. Strehlow W.H., Cook E.L. Compilation of Energy Band Gaps in Elemental and Binary Compound Semiconductors and Insulators // J. Phys. Chem. Refer. Data. 1973. V. 2. № 1. P.163–200. https://doi.org/10.1063/1.3253115
  11. Gusev A.I., Rempel A.A. Nanocrystalline Materials. Cambridge: Cambridge Intern. Science, 2004. 351 p.
  12. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Изд. 3-е М.: Физматлит, 2009. 416 с.
  13. Schaefer H.-E. Nanoscience. The Science of the Small in Physics, Engineering, Chemistry, Biology and Medicine. Heidelberg-Dordrecht: Springer, 2010. 772 p.
  14. Lukashev P., Lambrecht W.R.L., Kotani T., van Schilfgaarde M. Electronic and Crystal Structure of Cu 2-x S: Full-potential Electronic Structure Calculations // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. № 19. P. 195202. 15 p. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.195202
  15. Saadeldin M., Soliman H.S., Ali H.A.M., Sawaby K. Optical and Electrical Characterizations of Nanoparticle Cu 2 S Thin Films // Chin. Phys. B. 2014. V. 23. № 4. P. 046803. 6 p. https://doi.org/10.1088/1674-1056/23/4/046803
  16. He Y., Kriegseis W., Bläsing J., Polity A., Krämer T., Hasselkamp D., Meyer B.K., Hardt M., Krost A. (001)-textured Cu2S Thin Films Deposited by RF Reactive Sputtering // Japan. J. Appl. Phys. 2002. V. 41. № 7R. P. 4630–4634. https://doi.org/10.1143/JJAP.41.4635
  17. Junod P., Hediger H., Kilchör B., Wullschleger J. Metal-non-metal Transition in Silver Chalcogenides // Philos. Mag. 1977. V. 36. № 4. P. 941–958. http://dx.doi.org/10.1080/14786437708239769
  18. Lalanne P., Hugonin J. Interaction between Optical Nano-objects at Metallo-dielectric Interfaces // Nature Phys. 2006. V. 2. № 8. P. 511–556. https://doi.org/10.1038/nphys364
  19. Lin S., Feng Y., Wen X., Zhang P., Woo S., Shrestha S., Conibeer G., Huang S. Theoretical and Experimental Investigation of the Electronic Structure and Quantum Confinement of Wet-chemistry Synthesized Ag 2 S Nanocrystals // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. № 1. P. 867–872. http://dx.doi.org/10.1080/1478643770823976910.1021/jp511054g
  20. Даньков И.А., Кобяков И.Б., Давыдов С.Ю. Упругие, пьезоэлектрические и диэлпектрические свойства сульфида цинка в зависимости от фазового состава вюрцит/сфалерит // ФТТ. 1982. Т. 24. № 12. С. 3613–3620.
  21. Cardona M., Harbeke G. Optical Properties and Band Structure of Wurtzite-type Crystals and Rutile // Phys. Rev. 1965. V. 137. № 5A. P. A1467–1476. https://doi.org/10.1103/PhysRev.137.A1467
  22. Садовников С.И. Синтез, свойства и применение полупроводникового наноструктурированного сульфида цинка // Успехи химии. 2019. Т. 88. № 6. С. 571–593. http://dx.doi.org/10.1070/RCR4867?locatt=label:RUSSIAN
  23. Екимов А.И., Онущенко А.А. Размерное квантование энергетического спектра электронов в микрокристаллах полупроводников // Письма в ЖЭТФ. 1984. Т. 40. № 8. С. 337–340.
  24. Pässler R. Alternative Analytical Descriptions of the Temperature Dependence of the Energy Gap in Cadmium Sulfide // Phys. Status Solidi B. 1996. V. 193. № 1. P. 135–144. https://doi.org/10.1002/pssb.2221930114
  25. Zallen R., Lucovsky G., Taylor W., Pinczuk A., Burstein E. Lattice Vibrations in Trigonal HgS // Phys. Rev. B. 1970. V. 1. № 10. P. 4058–4070. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.1.4058
  26. Wichiansee W., Nordin M.N., Green M., Curry R.J. Synthesis and Optical Cha-Racterization of Infra-Red Emitting Mercury Sulfide (HgS) Quantum Dots // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. № 20. P. 7331–7336. https://doi.org/10.1039/c1jm10363f
  27. Tritsaris G.A., Malone B.D., Kaxiras E. Optoelectronic Properties of Single-Layer, Double-Layer, and Bulk Tin Sulfide: A Theoretical Study // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. № 23. P. 233507. 8 p. http://dx.doi.org/10.1063/1.4811455
  28. Reddy N.K., Devika M., Gopal E.S.R. Review on Tin (II) Sulfide (SnS) Material: Synthesis, Properties, and Applications // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2015. V. 40. № 6. P. 359–398. https://doi.org/10.1080/10408436.2015.1053601
  29. Schoolar R.B., Dixon J.R. Optical Constants of Lead Sulfide in the Fundamental Absorption Edge Region // Phys. Rev. 1965. V. 137. № 2A. P. A667–A670. https://doi.org/10.1103/PhysRev.137.A667
  30. Zhang Yi, Ke X., Chen C., Yang J., Kent P.R.C. Thermodynamic Properties of PbTe, PbSe, and PbS: First-principles Study // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 2. P. 024304. 12 p. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.024304
  31. Бричкин С.Б., Разумов В.Ф. Коллоидные квантовые точки: синтез, свойства и применение // Успехи химии. 2016. Т. 85. № 12. С. 1297–1312. http://dx.doi.org/10.1070/RCR4656?locatt =label:RUSSIAN
  32. Popov I.D., Kuznetsova Yu.V., Rempel S.V., Rempel A.A. Tuning of Optical Properties of CdS Nanoparticles Synthesized in a Glass Matrix // J. Nanopart. Res. 2018. V. 20. № 3. P. 78. 11 p. https://doi.org/10.1007/s11051-018-4171-0
  33. Qian X.-F., Yin J., Huang J.-C., Yang Y.-F., Guo X.-X., Zhu Z.-K. The Preparation and Characterization of PVA/ Ag 2 S Nanocomposite // Mater. Chem. Phys. 2001. V. 68. № 1–3. P. 95–97. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(00)00288-1
  34. Hmar J.J.L., Majumder T., Mondal S.P. Growth and Characteristics of PbS / Polyvinyl Alcohol Nanocomposites for Flexible High Dielectric Thin Film Applications // Thin Solid Films. 2016. V. 598. P. 243–251. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.12.032
  35. Sadovnikov S.I. Preparing and Properties of Films with Ag 2 S Quantum Dots in a Polyvinyl Alcohol Matrix // Opt. Mater. 2023. V. 141. P. 113928. 10 p. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.113928
  36. Zhao Y., Pan H., Lou Y., Qiu X., Zhu J.-J., Burda C. Plasmonic Cu 2-x S Nanocrystals: Optical and Structural Properties of Copper-deficient Copper(I) Sulfides // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. № 12. P. 4253–4261. https://doi.org/10.1021/ja805655b
  37. Ajibade P.A., Botha N.L. Synthesis and Structural Studies of Copper Sulfide Nanocrystals // Results Phys. 2016. V. 6. P. 581–589. http://dx.doi.org/10.1016/j.rinp. 2016.08.001
  38. Bhattacharjee B., Ganguli D., Iakoubovskii K., Stesmans A., Chaudhuri S. Synthesis and Characterization of Sol-Gel Derived ZnS: Mn 2+ Nanocrystallites Embedded in a Silica Matrix // Bull. Mater. Sci. 2002. V. 25. № 3. P. 175–180. https://www.ias.ac.in/article/fulltext/boms/025 /03/0175-0180
  39. Mahapatra A.K., Dash A.K. α-HgS Nanocrystals: Synthesis, Structure and Optical Properties // Phys. E. 2006. V. 35. № 1. P. 9–15. https://doi.org/10.1016/j.physe.2006.03.164
  40. Mukherjee A., Mitra P. Structural and Optical Characteristics of SnS Thin Film Prepared by SILAR // Mater. Sci.-Poland. 2015. V. 33. № 4. P. 847–851. https://doi.org/10.1515/msp-2015-0118
  41. Park H.K., Jo J., Hong H.K., Song G.Y., Heo J. Structural, Optical, and Electrical Properties of Tin Sulfide Thin Films Grown with Electron-Beam Evaporation // Curr. Appl. Phys. 2015. V. 15. № 9. P. 964–969. http://dx.doi.org/10.1016/j.cap.2015.05.007

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Change in the size of Rex excitons in the series of sulfides Cu2S → Ag2S, ZnS → CdS → HgS and SnS → PbS.

Download (20KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».