Theoretical study of the interstitial oxygen atom in anatase and rutile TiO2: Electron trapping and elongation of the r(O-O) bond

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 115, Issue 16, 2011, Pages 8265-8273

  Kamisaka, Hideyuki ^a   Yamashita, Koichi ^a  

^a UNIVERSITY OF TOKYO   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANATASE TIO; ELECTRON TRAPPING; ENTROPY FACTORS; FIRST-PRINCIPLES; GAS ANNEALING; IMPURITIES IN; INTERSTITIAL OXYGEN; RICH CONDITIONS; ROOM TEMPERATURE; RUTILE STRUCTURE; RUTILE TIO; STATISTICAL ANALYSIS; THEORETICAL STUDY; TIO;

BOND LENGTH; CONDUCTION BANDS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRON MOBILITY; OXIDE MINERALS; OXYGEN; STATISTICAL METHODS;

TITANIUM DIOXIDE;

EID: 79955387216     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp110648q     Document Type: Article

References (102)

1. Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37
2. Augustynski, J. Struct. Bonding (Berlin) 1988, 69, 1
3. Linsebigler, A. L.; Lu, G.; Yates, J. T. J. Chem. Rev. 1995, 95, 735
4. Henderson, M. A. Surf. Sci. Rep. 2002, 46, 1
5. Diebold, U. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 5328
6. Diebold, U. Surf. Sci. Rep. 2003, 48, 53
7. Irie, H.; Sunada, K.; Hashimoto, K. Electrochemistry 2004, 72, 807
8. Kamisaka, H.; Yamashita, K. In On Solar Hydrogen & Nanotechnology; Vayssieres, L. Eds., Wiley: Singapore, 2009; pp 37 - 75.
9. Wang, R.; Hashimoto, K.; Fujishima, A.; Chikuni, M.; Kojima, E.; Kitamura, A.; Shimohigoshi, M.; Watanabe, T. Nature 1997, 388, 431
10. Hashimoto, K.; Irie, H.; Fujishima, A. Jpn. J. Appl. Phys. 2005, 44, 8269
11. Kavan, L.; Grätzel, M.; Gilbert, S. E.; Klemenz, C.; Scheel, H. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6716
12. Tsuda, N.; Nasu, K.; Fujimori, A.; Siratori, K. Electronic Conduction in Oxides, 2 ed.; Shokabo: Tokyo, 1993.
13. Wahl, A.; Augustynski, J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7820
14. Furubayashi, Y.; Hitosugi, T.; Yamamoto, Y.; Inaba, K.; Kinoda, G.; Hirose, Y.; Shimada, T.; Hasegawa, T. Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 252101
15. Furubayashi, Y.; Hitosugi, T.; Hasegawa, T. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 226103
16. Ginley, D. S.; Bright, C. Mater. Res. Bull. 2000, 25, 15
17. Hamberg, I.; Granqvist, C. G. J. Appl. Phys. 1986, 60, R123
18. Taylor, S. R.; McLennan, S. M. Rev. Geophys. 1995, 33, 241
19. Hitosugi, T.; Ueda, A.; Nakao, S.; Yamada, N.; Furubayashi, Y.; Hirose, Y.; Shimada, T.; Hasegawa, T. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 212106
20. Hitosugi, T.; Kamisaka, H.; Yamashita, K.; Nogawa, H.; Furubayashi, Y.; Nakao, S.; Yamada, N.; Chikamatsu, A.; Kumigashira, H.; Oshima, M.; Hirose, Y.; Shimada, T.; Hasegawa, T. Appl. Phys. Exp. 2008, 1, 111203
21. Kurita, D.; Ohta, S.; Sugiura, K.; Ohta, H.; Koumoto, K. J. Appl. Phys. 2006, 100, 096105
22. Gillispie, M. A.; van Hest, M. F. A. M.; Dabney, M. S.; Perkis, J. D.; Ginley, D. S. J. Appl. Phys. 2007, 101, 033125
23. Furubayashi, Y.; Yamada, N.; Hirose, Y.; Yamamoto, Y.; Otani, M.; Hitosugi, T.; Shimada, T.; Hasegawa, T. J. Appl. Phys. 2007, 101, 093705
24. Zhang, S. X.; Kundaliya, D. C.; Yu, W.; Dhar, S.; Young, S. Y.; Salamanca-Riba, L. G.; Ogale, S. B.; Vispute, R. D.; Venkatesan, T. J. Appl. Phys. 2007, 102, 013701
25. Dabney, M. S.; van Hest, M. F. A. M.; Teplin, C. W.; Arenkiel, S. P.; Perkins, J. D.; Ginley, D. S. Thin Solid Films 2008, 516, 4133
26. Yamada, N.; Hitosugi, T.; Hoang, N. L. H.; Furubayashi, Y.; Hirose, Y.; Konuma, S.; Shimada, T.; Hasegawa, T. Thin Solid Films 2008, 516, 5754
27. Hitosugi, T.; Ueda, A.; Nakao, S.; Yamada, N.; Furubayashi, Y.; Hirose, Y.; Shimada, T.; Hasegawa, T. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 212106
28. Hirose, Y.; Yamada, N.; Nakao, S.; Hitosugi, T.; Shimada, T.; Hasegawa, T. Phys. Rev. B 2009, 79, 165108
29. Nogawa, H.; Hitosugi, T.; Chikamatsu, A.; Nakao, S.; Hirose, Y.; Shimada, T.; Kumigashira, H.; Oshima, M.; Hasegawa, T. Jpn. J. Appl. Phys. 2010, 49, 041102
30. Sato, Y.; Sanno, Y.; Tasaki, C.; Oka, N.; Kamiyama, T.; Shigesato, Y. J. Vac. Sci. Technol., A 2010, 28, 851
31. Kamisaka, H.; Hitosugi, T.; Yamashita, K. J. Surf. Sci. Soc. Jpn. 2010, 31, 343
32. Kamisaka, H.; Hitosugi, T.; Suenaga, T.; Hasegawa, T.; Yamashita, K. J. Chem. Phys. 2009, 131, 034702
33. Kamisaka, H.; Suenaga, H.; Nakamura, H.; Yamashita, K. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 12777
34. Na-Phattalung, S.; Smith, M. F.; Kim, K.; Du, M.-H.; Wei, S.-H.; Zhang, S. B.; Limpijumnong, S. Phys. Rev. B 2006, 73, 125205
35. Takeuchi, U.; Chikamatsu, A.; Hitosugi, T.; Kumigashira, H.; Oshima, M.; Hirose, Y.; Shimada, T.; Hasegawa, T. J. Appl. Phys. 2010, 107, 023705
36. Osorio-Guillén, J.; Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 036601
37. Deskins, N. A.; Dupuis, M. Phys. Rev. B 2007, 75, 195212
38. Finazzi, E.; Di Valentin, C.; Pacchioni, G.; Selloni, A. J. Chem. Phys. 2008, 129, 154113
39. Morgan, B. J.; Scanlon, D. O.; Watson, G. W. J. Mater. Chem. 2009, 19, 5175
40. Di Valentin, C.; Pacchioni, G.; Selloni, A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20543
41. Morgan, B. J.; Watson, G. W. Phys. Rev. B 2009, 80, 233102
42. Morgan, B. J.; Watson, G. W. Surf. Sci. 2007, 601, 5034
43. Deskins, N. A.; Rousseau, R.; Dupuis, M. J. Phys. Rev. C 2009, 113, 14583
44. Orita, N. Jpn. J. Appl. Phys. 2010, 49, 055801
45. Morgan, B. J.; Watson, G. W. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 2321
46. Anisimov, V. I.; Zaanen, J.; Andersen, O. K. Phys. Rev. B 1991, 44, 943
47. Mattioli, G.; Alippi, P.; Filippone, F.; Caminiti, R.; Bonapasta, A. A. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21694
48. Stausholm-Møller, J.; Kristoffersen, H. H.; Hinnemann, B.; Madsen, G. K. H.; Hammer, B. J. Chem. Phys. 2010, 133, 144708
49. Morgan, B. J.; Watson, G. W. Phys. Rev. B 2010, 82, 144119
50. Morgan, B. J.; Watson, G. W. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 7322
51. Aschauer, U.; Chen, J.; Selloni, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12956
52. Sun, C.; Liu, L.-M.; Selloni, A.; Lu, G. Q.; Smith, S. C. J. Mater. Chem. 2010, 20, 10319
53. Yang, K.; Dai, Y.; Huang, B.; Feng, Y. P. Phys. Rev. B 2010, 81, 033202
54. Park, S.-G.; Magyari-Köpe, B.; Nishi, Y. Phys. Rev. B 2010, 82, 115109
55. Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. B 2008, 78, 235104
56. Van de Walle, C. G.; Janotti, A. Phys. Status Sol. B 2010, 248, 19
57. Heyd, J.; Scuseria, G. E.; Ernzerhof, M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8207
58. Batista, E. R.; Heyd, J.; Hennig, R. G.; Uberuaga, B. P.; Martin, R. L.; Scuseria, G. E.; Umrigar, C. J.; Wilkins, J. W. Phys. Rev. B 2006, 74, 121102
59. Rinke, P.; Janotti, A.; Scheffler, M.; Van de Walle, C. G. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 026402
60. Clark, S. J.; Robertson, J.; Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. B 2010, 81, 115311
61. Janotti, A.; Van de Walle, C. G. Phys. Status Solidi B 2010, 248, 799.
62. Scanlon, D. O.; Morgan, B. J.; Watson, G. W. Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 096405
63. Nakai, H.; Heyd, J.; Scuseria, G. E. J. Comput. Chem. Jpn. 2006, 5, 7
64. Janotti, A.; Varley, J. B.; Rinke, P.; Umezawa, N.; Kresse, G.; Van de Walle, C. G. Phys. Rev. B 2010, 81, 085212
65. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648
66. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785
67. Hedin, L. Phys. Rev. 1965, 139, A796
68. Thulin, L.; Guerra, J. Phys. Rev. B 2008, 77, 195112
69. Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. B 2010, 81, 113201
70. He, J.; Behera, R. K.; Finnis, M. W.; Li, X.; Dickey, E. C.; Phillpot, S. R.; Sinnott, S. B. Acta Mater. 2007, 55, 4325
71. Peng, H. Phys. Lett. A 2008, 372, 1527
72. Samsonov, G. V. The Oxide Handbook; IFI/Plenum: New York, 1982.
73. Dictionary of Inorganic Compounds and Complexes; Nakahara, M., Ed.; Kodansha: Tokyo, 1997.
74. Yanase, A. FORTRAN Program for Space Group (TSPACE); Shokabo: Tokyo, 1995.
75. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. 1964, 136, B864
76. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133
77. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865
78. Asahi, R.; Taga, Y.; Mannstadt, W.; Freeman, A. J. Phys. Rev. B 2000, 61, 7459
79. Dudarev, S. L.; Botton, G. A.; Savrasov, S. Y.; Humphreys, C. J.; Sutton, A. P. Phys. Rev. B 1998, 57, 1505
80. Nolan, M.; Elliott, S. D.; Mulley, J. S.; Bennett, R. A.; Basham, M.; Mulheran, P. Phys. Rev. B 2008, 77, 235424
81. Nahm, H. H.; Park, C. H. Phys. Rev. B 2008, 78, 184108
82. Blöchl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953
83. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758
84. Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188
85. Blöchl, P. E.; Jepsen, O.; Andersen, O. K. Phys. Rev. B 1994, 49, 16223
86. Kamisaka, H.; Yamashita, K. Surf. Sci. 2007, 601, 4824
87. Perdew, J. P.; Zunger, A. Phys. Rev. B 1981, 23, 5048
88. Perdew, J. P.; Chevary, J. A.; Vosko, S. H.; Jackson, K. A.; Pederson, M. R.; Singh, D. J.; Fiolhais, C. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671
89. Vanderbilt, D. Phys. Rev. B 1990, 41, 7892
90. Kresse, G.; Hafner, J. J. Phys.: Condens. Matter 1994, 6, 8245
91. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 1993, 47, RC558
92. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169
93. Momma, K.; Izumi, F. J. Appl. Crystallogr. 2008, 41, 653
94. Hitosugi, T.; Furubayashi, Y.; Ueda, A.; Itabashi, K.; Inaba, K.; Hirose, Y.; Kinoda, G.; Yamamoto, Y.; Shimada, T.; Hasegawa, T. Jpn. J. Appl. Phys. 2005, 44, L1063
95. Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. B 2008, 78, 235104
96. Lany, S.; Zunger, A. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 2009, 17, 084002
97. Ihm, J.; Zunger, A.; Cohen, M. L. J. Phys. C 1979, 12, 4409
98. Laks, D. B.; Van de Walle, C. G.; Neumark, G. F.; Blöchl, P. E.; Pantelides, S. T. Phys. Rev. B 1992, 45, 10965
99. Persson, C.; Zhao, Y.-J; Lany, S.; Zunger, A. Phys. Rev. B 2005, 72, 035211
100. Makov, G.; Payne, M. C. Phys. Rev. B 1995, 51, 4014
101. Freysoldt, C.; Neugebauer, J.; Van de Walle, C. G. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 016402
102. Zhang, S. B.; Northrup, J. E. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 2339