Published March 20, 2020 | Version v1
Publication Open

Interplay of negative electronic compressibility and capacitance enhancement in lightly-doped metal oxide Bi0.95La0.05FeO3 by quantum capacitance model

Creators

  • 1. Suranaree University of Technology
  • 2. Lawrence Berkeley National Laboratory
  • 3. Synchrotron Light Research Institute
  • 4. Thailand Center of Excellence in Physics

Description

Abstract Light-sensitive capacitance variation of Bi 0.95 La 0.05 FeO 3 (BLFO) ceramics has been studied under violet to UV irradiation. The reversible capacitance enhancement up to 21% under 405 nm violet laser irradiation has been observed, suggesting a possible degree of freedom to dynamically control this in high dielectric materials for light-sensitive capacitance applications. By using ultraviolet photoemission spectroscopy (UPS), we show here that exposure of BLFO surfaces to UV light induces a counterintuitive shift of the O 2 p valence state to lower binding energy of up to 243 meV which is a direct signature of negative electronic compressibility (NEC). A decrease of BLFO electrical resistance agrees strongly with the UPS data suggesting the creation of a thin conductive layer on its insulating bulk under light irradiation. By exploiting the quantum capacitance model, we find that the negative quantum capacitance due to this NEC effect plays an important role in this capacitance enhancement

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمت دراسة تباين السعة الحساسة للضوء لسيراميك Bi 0.95 La 0.05 FeO 3 (BLFO) تحت الإشعاع البنفسجي إلى الأشعة فوق البنفسجية. وقد لوحظ تعزيز السعة القابلة للعكس بنسبة تصل إلى 21 ٪ تحت إشعاع الليزر البنفسجي 405 نانومتر، مما يشير إلى درجة ممكنة من الحرية للتحكم ديناميكيًا في هذا في المواد العازلة العالية لتطبيقات السعة الحساسة للضوء. باستخدام التحليل الطيفي للانبعاثات الضوئية فوق البنفسجية (UPS)، نوضح هنا أن تعرض أسطح BLFO لضوء الأشعة فوق البنفسجية يحث على تحول غير متوقع لحالة تكافؤ O 2 p إلى طاقة ربط أقل تصل إلى 243 ميجا فولت وهو توقيع مباشر على الانضغاط الإلكتروني السلبي (NEC). يتفق انخفاض المقاومة الكهربائية لـ BLFO بشدة مع بيانات UPS التي تشير إلى إنشاء طبقة موصلة رقيقة على كتلتها العازلة تحت إشعاع الضوء. من خلال استغلال نموذج السعة الكمومية، نجد أن السعة الكمومية السلبية بسبب تأثير NEC هذا تلعب دورًا مهمًا في تعزيز السعة هذا

Translated Description (French)

Résumé La variation de capacité photosensible des céramiques Bi 0,95 La 0,05 FeO 3 (BLFO) a été étudiée sous irradiation violette à UV. L'amélioration de la capacité réversible jusqu'à 21 % sous une irradiation laser violette de 405 nm a été observée, suggérant un degré possible de liberté pour contrôler dynamiquement cela dans des matériaux hautement diélectriques pour des applications de capacité photosensible. En utilisant la spectroscopie de photoémission ultraviolette (UPS), nous montrons ici que l'exposition des surfaces BLFO à la lumière UV induit un décalage contre-intuitif de l'état de valence O 2 p pour abaisser l'énergie de liaison jusqu'à 243 meV, ce qui est une signature directe de la compressibilité électronique négative (NEC). Une diminution de la résistance électrique BLFO est fortement en accord avec les données UPS suggérant la création d'une fine couche conductrice sur sa masse isolante sous irradiation lumineuse. En exploitant le modèle de capacité quantique, nous constatons que la capacité quantique négative due à cet effet NEC joue un rôle important dans cette amélioration de la capacité

Translated Description (Spanish)

Resumen La variación de la capacitancia sensible a la luz de la cerámica Bi 0.95 La 0.05 FeO 3 (BLFO) se ha estudiado bajo irradiación violeta a UV. Se ha observado una mejora de la capacitancia reversible de hasta el 21% bajo irradiación láser violeta de 405 nm, lo que sugiere un posible grado de libertad para controlar dinámicamente esto en materiales de alta dieléctrica para aplicaciones de capacitancia sensible a la luz. Mediante el uso de espectroscopía de fotoemisión ultravioleta (UPS), mostramos aquí que la exposición de las superficies BLFO a la luz UV induce un cambio contraintuitivo del estado de valencia O 2 p a una menor energía de unión de hasta 243 meV, que es una firma directa de compresibilidad electrónica negativa (NEC). Una disminución de la resistencia eléctrica BLFO concuerda fuertemente con los datos del SAI que sugieren la creación de una capa conductora delgada en su masa aislante bajo irradiación de luz. Al explotar el modelo de capacitancia cuántica, encontramos que la capacitancia cuántica negativa debido a este efecto NEC juega un papel importante en esta mejora de la capacitancia

Files

s41598-020-61859-6.pdf.pdf

Files (1.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2c2895a1cfd4d0579e8c8a74e8427159
1.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تفاعل الانضغاط الإلكتروني السلبي وتعزيز السعة في أكسيد المعدن المنشط قليلاً Bi0.95La0.05FeO3 بواسطة نموذج السعة الكمومية
Translated title (French)
Interaction de la compressibilité électronique négative et de l'amélioration de la capacité dans l'oxyde métallique légèrement dopé Bi0.95La0.05FeO3 par modèle de capacité quantique
Translated title (Spanish)
Interacción de compresibilidad electrónica negativa y mejora de capacitancia en óxido metálico ligeramente dopado Bi0.95La0.05FeO3 por modelo de capacitancia cuántica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3011628459
DOI
10.1038/s41598-020-61859-6

Is supplement to
https://openalex.org/W4386636708 (Other)
https://openalex.org/W2892224653 (Other)
https://openalex.org/W2510613424 (Other)
https://openalex.org/W2354985527 (Other)
https://openalex.org/W2294484858 (Other)
https://openalex.org/W2229211195 (Other)
https://openalex.org/W2137008764 (Other)
https://openalex.org/W2126723096 (Other)
https://openalex.org/W2015498932 (Other)
https://openalex.org/W1986611031 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1488245779
  • https://openalex.org/W1637607766
  • https://openalex.org/W1677462666
  • https://openalex.org/W1910768620
  • https://openalex.org/W1965530636
  • https://openalex.org/W1966943929
  • https://openalex.org/W1967249537
  • https://openalex.org/W1976202533
  • https://openalex.org/W1976389116
  • https://openalex.org/W1980201271
  • https://openalex.org/W1983114908
  • https://openalex.org/W1987066131
  • https://openalex.org/W1997744870
  • https://openalex.org/W2000883834
  • https://openalex.org/W2005001106
  • https://openalex.org/W2014678140
  • https://openalex.org/W2030988198
  • https://openalex.org/W2039761741
  • https://openalex.org/W2045377847
  • https://openalex.org/W2046566119
  • https://openalex.org/W2048651037
  • https://openalex.org/W2052409206
  • https://openalex.org/W2065688707
  • https://openalex.org/W2070469979
  • https://openalex.org/W2073051339
  • https://openalex.org/W2085164934
  • https://openalex.org/W2108449365
  • https://openalex.org/W2112162786
  • https://openalex.org/W2119579066
  • https://openalex.org/W2130071638
  • https://openalex.org/W2131157940
  • https://openalex.org/W2132673045
  • https://openalex.org/W2149814453
  • https://openalex.org/W2162417208
  • https://openalex.org/W2166771548
  • https://openalex.org/W2171466486
  • https://openalex.org/W2190573836
  • https://openalex.org/W2327290574
  • https://openalex.org/W2344503077
  • https://openalex.org/W2405493678
  • https://openalex.org/W3103670331
  • https://openalex.org/W3104445112
  • https://openalex.org/W3104654602
  • https://openalex.org/W926149322