氧化钇稳定氧化锆中色心诱导的带隙移动

当超离子材料氧化钇稳定立方氧化锆 (YSZ) 晶体经电解或在氢气气氛中被还原时，观察到其室温带隙从 4. 23 增加至 4. 96 eV。未还原 YSZ 中 4. 23 eV 的原始吸收边可通过由 Y^3+ 离子和 F^+ 氧空位组成的 F₀ 复合物的激发来解释。我们假设该复合物的基态位于价带，而通过添加一个额外电子形成的第一激发态 F₀^* 位于带隙中导带下方 0. 73 eV 处；因此，观察到的吸收归因于该态从价带的光学激发。YSZ 的还原导致双占据氧空位（即 F 色心）的形成，从而在带隙中产生一条能态带。提出的论据表明，随着 F 色心浓度的增加，该能带的平均能量由于 F-F 相互作用或晶格弛豫的变化而升高；最终，该带的一部分将位于 F₀^* 态之上，此时相应的 F 色心将通过向其中一个 F₀^* 态失去一个电子而衰变。这导致光学吸收边向真正的带隙能量（即 4. 96 eV）移动，这是一种真正的带间跃迁。