Absorption spectra of acceptor-doped SrZrO3 and SrCeO3 thin films and their superlattice

Abstract

The perovskite-type oxides, such as SrZrO3 and SrCeO3, become proton conductors when they are doped with a few mol percent acceptor ions. To clarify the proton transport mechanism, proton conducting superlattices with local lattice distortion were synthesized. By using SrCeO3 and SrZrO3 thin films with thickness approximately 1 micrometer, it is expected that their edge energy can be determined to confirm the exchange between hole and proton in this material. In this study, absorption spectra around the fundamental absorption edge of these films and their superlattices were observed to characterize their electronic structure around the edge energy. The absorption spectra of proton conducting thin films were measured and the Urbach-tail of the band gap of SrZrO3, Yb-doped SrZrO3, and Sc and Yb-doped SrCeO3 films were observed in these spectra. The edge energies were 6.0-6.1 eV and about 5.0 eV in acceptor doped SrZrO3 and SrCeO3, respectively. Absorption spectra of superlattices were shown, and the absorption edge energy was determined.

SrZrO3やSrCeO3などのペロブスカイト型酸化物は、数モル%のアクセプタイオンのドーピングにより陽子伝導体となる。この陽子輸送機構を明らかにするため、局所格子ひずみを持った陽子伝導超格子を合成した。厚さ約1マイクロメートルのSrCeO3およびSrZrO3薄膜を使うことにより、この物質中での原子空孔と陽子間の交換を確認するためのエッジエネルギーを測定し得ることが期待される。本研究では、これらの薄膜および超格子の基本吸収端近傍における吸収スペクトルを観察し、エッジエネルギー近傍の電子構造の特性を明らかにした。陽子伝導薄膜の吸収スペクトルを測定し、SrZrO3、YbドープSrZrO3、およびScとYbドープSrCeO3薄膜のバンドギャップのアーバック・テールをこれらのスペクトル中に認めた。アクセプタをドープしたSrZrO3とSrCeO3における吸収端エネルギーは、それぞれ6.0?6.1eV、5.0eVであった。超格子の吸収スペクトルを図示するとともに、吸収端エネルギーを測定した。