Forma, Estrutura Eletrônica e Estados de Armadilha em Pontos Quânticos de Fósforo de Índio

Estados localizados em átomos subcoordenados na superfície de um ponto quântico (QD) podem se tornar armadilhas de elétrons ou lacunas quando os orbitais atômicos envolvidos caem dentro da faixa de orbital molecular mais alto ocupado (HOMO) – orbital molecular mais baixo não ocupado (LUMO) do material. Portanto, espera-se que QDs de materiais mais covalentes sejam mais sensíveis à formação de estados de armadilha. Aqui, analisamos a relação entre a presença de átomos de superfície subcoordenados e a formação de estados de armadilha localizados para QDs de InP por meio da teoria do funcional de densidade. Argumentamos que o requisito de neutralidade de carga limita as formas possíveis que QDs de InP ricos em cátions podem assumir, entre as quais pequenos cuboctaedros e tetraedros de qualquer tamanho. Assim, selecionamos ambas as estruturas como QDs modelo de InP e mostramos que uma passivação de superfície completa de InCl3 resulta em uma estrutura eletrônica com uma faixa HOMO–LUMO limpa e deslocalizada em ambos os casos. Ao remover unidades de fórmula de InCl3 do cuboctaedro de InP, armadilhas de lacunas ligadas a P de superfície 2-coordenado podem se formar, um comportamento semelhante ao dos QDs de CdSe. Por outro lado, o deslocamento de InCl3 do tetraedro de InP pode levar a armadilhas de lacunas e elétrons, relacionadas a P de superfície 2- ou 3-coordenado e In de superfície 2-coordenado, respectivamente. Uma vez que obtemos uma estrutura eletrônica muito semelhante de cuboctaedros de InP e CdSe, argumentamos que o conceito de ionicidade fornece pouca orientação para entender a sensibilidade aprimorada de InP à formação de estados de armadilha. Portanto, descritores mais adequados são necessários para prever a posição energética dos orbitais atômicos de átomos não coordenados em relação aos estados de borda de banda deslocalizados.