Reflection spectra of anatase (TiO2) single crystals

Abstract

In this study, reflection spectra of anatase which is one of the three crystalline modifications in TiO2 have been measured to study its electronic structures. As-grown faces of (101) and (001) are used in this measurement. The polarized reflection spectra are measured at 80 K in the energy range from 2 to 25 eV at the Beamline-1 (BL-1) of Synchrotron Orbital Radiation Ring (SOR-RING). By comparison of the theoretical results with the experimental ones, the peaks in the energy range from 2 to 11 eV are identified due to the transition from O(2p) orbital of valence bands to Ti(3d) orbital of conduction bands, and the structures between 11 eV and 20 eV are due to the transition from O(2p) orbital to Ti(4s) ones, and the broad structures in the energy region higher than 20 eV are mainly attributed to the transition between O(2p) orbital and Ti(3d) ones.

本研究において、TiO2における三つの結晶変態の一つであるアナターゼの反射スペクトルを測定し、その電子構造を研究した。この測定では、(101)および(001)の成長面を使用した。80K、2?25eVのエネルギー範囲という条件下で、シンクロトロン軌道放射リング(SOR-RING)のビームライン1(BL-1)で偏光反射スペクトルを測定した。理論による結果を実験結果と比較すると、2?11eVのエネルギー範囲におけるピークは価電子帯のO(2p)軌道から伝導帯のTi(3d)軌道への遷移によるものであることが確認され、また11?20eV間の構造は、O(2p)軌道からTi(4s)軌道への遷移に起因しており、20eV以上のエネルギー範囲における幅広い構造は主にO(2s)軌道とTi(3d)軌道間の遷移によるものである。