Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences68654810.31857/S0207401X25060062Chemical physics of nanomaterialsХимическая физика наноматериаловResearch ArticleElectronic Structure of Semiconductor Nanoparticles in One-Component and Mixed SystemsЭлектронная структура полупроводниковых наночастиц в однокомпонентных и смешанных системахKurmangaleevK. S.КурмангалеевК. С.
Russian Federation
litrakh@gmail.comBodnevaV. L.БодневаВ. Л.
Russian Federation
litrakh@gmail.comPosvyanskyV. S.ПосвянскийВ. С.
Russian Federation
litrakh@gmail.comTrakhtenbergL. I.ТрахтенбергЛ. И.
Russian Federation
litrakh@gmail.comSemenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наукLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова0406202544675850207202502072025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/686548

The distribution of electron density along the radius of nanoparticles in one- and two-component semiconductor systems at different temperatures and radii of nanoparticles has been obtained taking into account physicochemical processes on their surface. The influence of surface modification of In2O3 nanoparticles by CeO2 nanoclusters in changing the distribution of conduction electrons and the magnitude of the electrostatic field in the nanoparticle volume is demonstrated. The role of these distributions in various physical and chemical phenomena involving semiconductor nanoparticles is discussed.

Получено распределение электронной плотности по радиусу наночастицы в одно- и двухкомпонентных полупроводниковых системах при различных температурах и радиусах наночастиц с учетом физико-химических процессов на их поверхности. Продемонстрировано влияние модификации поверхности наночастиц In2O3 наноразмерными кластерами CeO2 в изменении распределения электронов проводимости и величины электростатического поля в объеме наночастиц. Обсуждается роль этих распределений в различных физических и химических явлениях с участием полупроводниковых наночастиц.

indium oxideelectron densitynanoparticlecerium oxideоксид индияэлектронная плотностьнаночастицыоксид церияМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation125012200595-8Barsan N., Koziej D., Weimar U. // Sens. Actuators, B. 2007. V. 121. № 1. P. 18. https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.09.047Wang Z., Hou C., De Q., Gu F., Han D. // ACS Sensors. 2018. V. 3. № 2. P. 468. https://doi.org/10.1021/acssensors.7b00896Majhi S.M., Navale S.T., Mirzaei A., Kim H.W., Kim S.S. // Inorg. Chem. Front. 2023. V. 10. № 12. P. 3428. https://doi.org/10.1039/D3QI00099KSuematsu K., Ma N., Yuasa M., Kida T., Shimanoe K. // RSC Advances. 2015. V. 5. № 105. P. 86347. https://doi.org/10.1039/C5RA17556AYamazoe N. // Sens. Actuators, B. 1991. V. 5. P. 7. https://doi.org/10.1016/0925-4005(91)80213-4Lupan O., Postica V., Labat F., Ciofini I., Pauporté T., Adelung R. // Ibid. 2018. V. 254. P. 1259. https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.07.200Ikim M.I., Spiridonova E.Yu., Gromov V.F., Gerasimov G.N., Trakhtenberg L.I. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2023. V. 17. № 5. P. 774. https://doi.org/10.1134/s199079312303003xИким М.И., Спиридонова Е.Ю., Громов В.Ф., Герасимов Г.Н., Трахтенберг Л.И. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 5. С. 71. https://doi.org/10.31857/S0207401X23050035Ikim M.I., Spiridonova E.Yu., Gromov V.F., Gerasimov G.N., Trakhtenberg L.I. // Russ.J.Phys.Chem.B. 2024. V. 18. № 1. P. 283. https://doi.org/10.1134/S199079312401010XИким М.И., Спиридонова Е.Ю., Громов В.Ф., Герасимов Г.Н., Трахтенберг Л.И. // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 1. С. 102. https://doi.org/10.31857/S0207401X24010128Pigalskiy K.S., Vishnev A.A., Baldin E.D., Trakhtenberg L.I. // Russ.J.Phys. Chem.B. 2024. V. 18. № 3. P. 624. https://doi.org/10.1134/S1990793124020131Пигальский К.С., Вишнёв А.А., Балдин Е.Д., Трахтенберг Л.И. // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 3. С. 122. https://doi.org/10.31857/S0207401X24030136Bayan E.M., Lupeiko T.G., Knyashchuk A.A., Pustovaya L.E., Fedorenko A.G. // Russ.J.Phys.Chem.B. 2017. V. 11. № 4. P. 600. https://doi.org/10.1134/S1990793117040042Баян Е.М., Лупейко Т.Г., Пустовая Л.Е., Княщук А.А., Федоренко А.Г. // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 7. С. 68. https://doi.org/10.7868/S0207401X17070044Ikim M.I., Gerasimov G.N., Erofeeva A.R., Gromov V.F., Ilegbusi O.J., Trakhtenberg L.I. // Chem. Phys. Lett. 2024. V. 845. P. 141321. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2024.141321Cabot A., Arbiol J., Morante J.R., Weimar U., Bârsan N., Göpel W. // Sens. Actuators, B. 2000. V. 70. P. 87. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(00)00565-7Cabot A., Arbiol J., Morante J.R. et al. // Sens. Actuators, B. 2000. V. 70. P. 87. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(00)00565-7Kurmangaleev K.S., Ikim M.I., Bodneva V.L., Posvyanskii V.S., Ilegbusi O.J., Trakhtenberg L.I. // Sens.Actuators, B. 2023. V. 396. P. 134585. https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.134585Kurmangaleev K.S., Ikim M.I., Bodneva V.L., Posvyanskii V.S., Ilegbusi O.J., Trakhtenberg L.I. // Sens. Actuators, B. 2023. V. 396. P. 134585. https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.134585Karim W., Spreafico C., Kleibert A., Gobrecht J., VandeVondele J., Ekinci Y., Van Bokhoven J.A. // Nature. 2017. V. 541. № 1. P. 68. https://doi.org/10.1038/nature20782Karim W., Spreafico C., Kleibert A. et al. // Nature. 2017. V. 541. № 1. P. 68. https://doi.org/10.1038/nature20782Ohya Y., Yamamoto T., Ban T. // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. № 1. P. 240. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2007.02031.xBuckeridge J., Catlow C.R.A., Farrow M.R., Logsdail A.J., Scanlon D.O., Keal T.W., Sherwood P., Woodley S.M., Sokol A.A., Walsh A. // Phys. Rev. Mater. 2018. V. 2. № 5. P. 054604. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.054604Buckeridge J., Catlow C.R.A., Farrow M.R. et al. // Phys. Rev. Mater. 2018. V. 2. № 5. P. 054604. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.054604Hagleitner D.R., Menhart M., Jacobson P. et al.// Physical Review B. 2012. V. 85. № 11. P. 115441. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.115441Hagleitner D.R., Menhart M., Jacobson P. et al. // Phys. Rev. B. 2012. V. 85. № 11. P. 115441. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.115441Brinzari V., Cho B.K., Kamei M., Korotcenkov G. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 324. P. 123. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.10.072King P.D.C., Veal T.D., Payne D.J. et al.// Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. № 11. P. 116808. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.116808King P.D.C., Veal T.D., Payne D.J. et al. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. № 11. P. 116808. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.116808King P.D.C., Veal T.D., Fuchs F. et al. // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. № 20. P. 205211. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.205211Bierwagen O., Speck J.S., Nagata T. et al. // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. № 17. P. 172101. https://doi.org/10.1063/1.3583446Kurmangaleev K.S., Mikhailova T.Yu., Polunin K.S., Ilegbusi O.J., Trakhtenberg L.I. // Chem. Phys. Lett. 2024. V. 856. P. 141649. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2024.141649Prathap P., Devi G.G., Subbaiah Y.P.V., Ramakrishna Reddy K.T., Ganesan V. // Curr. Appl. Phys. 2008. V. 8. № 2. P. 120. https://doi.org/10.1016/j.cap.2007.06.001Jimenez B.L.C., Méndez P. H.A., Páez S. B.A., Ramírez O.M.E., Rodríguez H. // Braz. J. Phys. 2006. V. 36. № 3b. P. 1017. https://doi.org/10.1590/S0103-97332006000600058Belysheva T.V., Gatin A.K., Grishin M.V., Ikim M.I., Matyuk V.M., Sarvadii S.Y., Trakhtenberg L.I., Shub B.R. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2015. V. 9. № 5. P. 733. https://doi.org/10.1134/S1990793115050048Белышева Т.В., Гатин А.К., Гришин М.В. и др. // Хим. физика. 2015. Т. 34. № 9. С. 56. https://doi.org/10.7868/S0207401X15090046Landau L.D., Lifshitz E.M. Course of theoretical physics. Statistical physics. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1980.Pines D. Elementary excitations in solids. New York: W.A. Benjamin, 1963.Gerasimov G.N., Ikim M.I., Gromov V.F. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2015. V. 89. № 6. P. 1059. https://doi.org/10.1134/S0036024415060126Герасимов Г.Н., Иким М.И., Тимашев П.С. и др. // Журн. физ. химии. 2015. Т. 89. № 6. С. 1002. https://doi.org/10.7868/S0044453715060126Hernández-Arteaga J.G.R., Moreno-García H., Rodríguez A.G. // Thin Solid Films. 2021. V. 724. P. 138602. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138602Kurmangaleev K.S., Ikim M.I., Kozhushner M.A., Trakhtenberg L.I. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 546. P. 149011. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149011Bondarenko V.B., Kuz’min M.V., Mittsev M.A. // Physics of the Solid State. 2001. V. 43. P. 1172. https://doi.org/10.1134/1.1378162Бондаренко В.Б., Кузьмин М.В., Митцев М.А. // Физика твердого тела. 2001. Т. 43. С. 1129.Novozhilov V.B., Bodneva V.L., Kurmangaleev K.S., Lidskii B.V., Posvyanskii V.S., Trakhtenberg L.I. // Mathematics. 2023. V. 11. № 9. P. 2214. https://doi.org/10.3390/math11092214