Динамика процессов электрон-дырочной рекомбинации и захвата носителей в анатазе, легированном бором, углеродом или азотом

Методом теории возмущений выполнено первопринципное исследование процессов безызлучательной рекомбинации электрон-дырочных пар и связывания возбужденных носителей тока с примесными атомами в анатазе, легированном бором, углеродом, азотом. В качестве возмущения использован динамически экранированный потенциал межэлектронного взаимодействия, вычисленный в приближении случайных фаз. Показано, что при легировании бором и углеродом наиболее вероятными являются обменные процессы, при которых происходит связывание электронов с примесным атомом, а при легировании азотом наиболее вероятны обменные процессы, в результате которых с примесным атомом связываются дырки. Данные процессы происходят во временном интервале менее 2 fs. Далее следуют процессы потери энергии несвязанных электронов и дырок на генерацию фононов. Для случая легирования азотом выполнена оценка времени данного процесса, около 300 fs. Для образующихся при этом экситонов произведены оценки энергии кванта люминесценции и энергии связи электронов или дырок с примесным атомом. Обсуждается соответствие расчетных данных результатам экспериментов по фотокатализу на поверхности $N$-легированного анатаза.