Designing a porous-crystalline structure of β-Ga2O3: a potential approach to tune its opto-electronic properties

文献情報

出版日 2018-03-06
DOI 10.1039/C7CP08565F
インパクトファクター 3.676
著者

Swastika Banerjee, Xiangwei Jiang, Lin-Wang Wang


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要旨

β-Ga2O3 has drawn recent attention as a state-of-the-art electronic material due to its stability, optical transparency and appealing performance in power devices. However, it has also found a wider range of opto-electronic applications including photocatalysis, especially in its porous form. For such applications, a lower band gap must be obtained and an electron–hole spatial separation would be beneficial. Like many other metal oxides (e.g. Al2O3), Ga2O3 can also form various types of porous structure. In the present study, we investigate how its optical and electronic properties can be changed in a particular porous structure with stoichiometrically balanced and extended vacancy channels. We apply a set of first principles computational methods to investigate the formation and the structural, dynamic, and opto-electronic properties. We find that such an extended vacancy channel is mechanically stable and has relatively low formation energy. We also find that this results in a spatial separation of the electron and hole, forming a long-lived charge transfer state that has desirable characteristics for a photocatalyst. In addition, the electronic band gap reduces to the vis-region unlike the transparency in the pure β-Ga2O3 crystal. Thus, our systematic study is promising for the application of such a porous structure of β-Ga2O3 as a versatile electronic material.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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