Defect-induced charge redistribution in oxygen-deficient In2O3: Implications for superconductivity in ITO

Анотація

Оксид індію-олова (ITO) з дефіцитом кисню демонструє надпровідність, пов’язану з електронними модифікаціями, зумовленими дефектами. Хоча вакансії кисню часто вважаються однорідними донорами, експерименти вказують на суттєву електронну неоднорідність і поведінку, що визначається поверхневими ефектами. Було використано теорію функціоналу густини та аналіз заряду за Бадером для дослідження поверхонь In₂O₃(111) з дефіцитом кисню, вкритих гідроксильними групами, як мікроскопічної моделі області з відновленою поверхнею ITO. Кисневі вакансії вводяться шляхом видалення поверхневих OH-груп для моделювання електронного відгуку системи. Отримані результати показують, що утворення вакансій призводить до неоднорідного перерозподілу заряду, причому надлишковий заряд накопичується переважно на атомах індію поблизу дефектних ділянок. Зі збільшенням концентрації вакансій цей перерозподіл поширюється на більшу кількість атомів індію, що вказує на посилену взаємодію між дефектними станами. Така просторово неоднорідна поведінка узгоджується зі збільшенням густини станів поблизу рівня Фермі, що спостерігається в надпровідному ITO. Отримані дані дають мікроскопічну картину того, як поверхневі кисневі вакансії у матриці In₂O₃ можуть утворювати просторово неоднорідні електронні стани, що пов’язані з надпровідністю у відновленому ITO.