Оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану
Using a variational method within the framework of the effective mass approximation, using a triangular coordinate system of an electron, hole, and exciton moving in a titanium dioxide quantum dot, the exciton energy spectrum was obtained as a function of the radius a of the quantum dot. The variati...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/687 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543949738475520 |
|---|---|
| author | Pokytnii, S. I. Terets, A. D. |
| author_facet | Pokytnii, S. I. Terets, A. D. |
| author_sort | Pokytnii, S. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-09-13T11:17:44Z |
| description | Using a variational method within the framework of the effective mass approximation, using a triangular coordinate system of an electron, hole, and exciton moving in a titanium dioxide quantum dot, the exciton energy spectrum was obtained as a function of the radius a of the quantum dot. The variational wave function of the exciton contained factors that took into account the motion of an electron and a hole in a potential well of infinite depth of a quantum dot, as well as the form of a hydrogen-like wave function. It is shown that the occurrence of an exciton in a quantum dot has a threshold character. An exciton, as a bound state of an electron and a hole, is formed starting from a certain critical radius ac, the value of which exceeds the Bohr radius of the exciton in titanium dioxide. The exciton energy levels are located in the band gap of the titanium dioxide quantum dot. In this case, with an increase in the radius a of the quantum dot (so that a?ac), a band of exciton states appears in the band gap of the titanium dioxide quantum dot.The mechanism for the formation of optical absorption spectra in nanosystems containing titanium dioxide nanocrystals are presented. It is found that the optical absorption of anatase NC, which was observed under the experimental conditions, was due to the appearance of an exciton in the NC. Using the variational calculation of the energy spectrum of an exciton in NC, the position of the absorption peak of NC anatase was determined. This absorption peak differs slightly from the absorption peak, which was obtained in the experimental work. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:02Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-687 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:35Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6872023-09-13T11:17:44Z Optical absorption by titanium dioxide nanocrystals Оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану Pokytnii, S. I. Terets, A. D. titanium dioxide nanocrystals exciton state absorption peak mechanism of optical absorption нанокристали діоксиду титану екситонний стан пік поглинання механізм оптичного поглинання Using a variational method within the framework of the effective mass approximation, using a triangular coordinate system of an electron, hole, and exciton moving in a titanium dioxide quantum dot, the exciton energy spectrum was obtained as a function of the radius a of the quantum dot. The variational wave function of the exciton contained factors that took into account the motion of an electron and a hole in a potential well of infinite depth of a quantum dot, as well as the form of a hydrogen-like wave function. It is shown that the occurrence of an exciton in a quantum dot has a threshold character. An exciton, as a bound state of an electron and a hole, is formed starting from a certain critical radius ac, the value of which exceeds the Bohr radius of the exciton in titanium dioxide. The exciton energy levels are located in the band gap of the titanium dioxide quantum dot. In this case, with an increase in the radius a of the quantum dot (so that a?ac), a band of exciton states appears in the band gap of the titanium dioxide quantum dot.The mechanism for the formation of optical absorption spectra in nanosystems containing titanium dioxide nanocrystals are presented. It is found that the optical absorption of anatase NC, which was observed under the experimental conditions, was due to the appearance of an exciton in the NC. Using the variational calculation of the energy spectrum of an exciton in NC, the position of the absorption peak of NC anatase was determined. This absorption peak differs slightly from the absorption peak, which was obtained in the experimental work. Варіаційним методом у рамках наближення ефективної маси, з використанням тріангулярної системи координат електрона, дірки та екситону, що рухаються в квантовій точці діоксиду титану, отримано енергетичний спектр екситону, як функції радіуса а квантової точки. Варіаційна хвильова функція екситону містила множники, які враховували рух електрона та дірки у потенційній ямі нескінченної глибини квантової точки, а також вид воднеподібної хвильової функції. Показано, що виникнення екситону у квантовій точці має пороговий характер. Екситон, як зв’язаний стан електрона і дірки, утворюється, починаючи з деякого критичного радіуса a, який перевищує борівський радіус ексітону в діоксиді титану. Енергетичні рівні екситону розташовані в забороненій зоні квантової точки діоксиду титану. При цьому зі збільшенням радіуса а квантової точки (так що a?ac) з’являється зона екситонних станів в забороненій зоні квантової точки діоксиду титану.Представлено механізм формування спектрів оптичного поглинання в наносистемах, що містять нанокристали діоксиду титану. Встановлено, що оптичне поглинання нанокристала анатазу, яке спостерігалося в умовах експерименту, зумовлено появою екситону в нанокристалі. За допомогою варіаційного розрахунку енергетичного спектра екситона в нанокристалі визначено положення піку поглинання нанокристала анатазу. Цей пік поглинання слабко відрізняється від піку поглинання, отриманого в експериментальній роботі. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-08-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/687 10.15407/hftp14.03.383 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 3 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 383-386 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 3 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 383-386 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 3 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 383-386 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/687/703 Copyright (c) 2023 S. I. Pokytnii, A. D. Terets |
| spellingShingle | нанокристали діоксиду титану екситонний стан пік поглинання механізм оптичного поглинання Pokytnii, S. I. Terets, A. D. Оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану |
| title | Оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану |
| title_alt | Optical absorption by titanium dioxide nanocrystals |
| title_full | Оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану |
| title_fullStr | Оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану |
| title_full_unstemmed | Оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану |
| title_short | Оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану |
| title_sort | оптичне поглинання нанокристалами діоксиду титану |
| topic | нанокристали діоксиду титану екситонний стан пік поглинання механізм оптичного поглинання |
| topic_facet | titanium dioxide nanocrystals exciton state absorption peak mechanism of optical absorption нанокристали діоксиду титану екситонний стан пік поглинання механізм оптичного поглинання |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/687 |
| work_keys_str_mv | AT pokytniisi opticalabsorptionbytitaniumdioxidenanocrystals AT teretsad opticalabsorptionbytitaniumdioxidenanocrystals AT pokytniisi optičnepoglinannânanokristalamidíoksidutitanu AT teretsad optičnepoglinannânanokristalamidíoksidutitanu |