正电子湮没研究光致变色氧化钇薄膜的电子结构和空位形成

过渡金属氧化物WO₃和MoO₃等无机材料显示出光致变色效应，其中可见光或紫外线（UV）照明导致最初透明的薄膜着色，这与在电致变色材料领域观察到的结果密切相关。在后者中，着色与H⁺或Li⁺离子的插入有关，在作为着色中心的禁带内引入额外的电子态。另一方面，金属氢化物以其显著的可切换光学性质而闻名，其可通过改变插入晶格中的氢浓度来调节。Huiberts发现钇薄膜在气相加氢后电阻率和光传输发生了巨大的可逆变化，这标志着（稀土）金属氢化物中金属-绝缘体转变的深入研究开始了。光学透射率的巨大变化可用于智能窗口（包括全固态可切换窗口）和氢传感器等应用。

因此，为了研究氧化钇氢化物（YO_xH_y）薄膜光致变色效应的机理，应用多普勒展宽正电子湮没光谱（PAS）研究了YO_xH_y及其相关材料中的电子结构和空位的存在，以及它们与组成、紫外光照射和热退火的关系。一系列Y、YH_1.9+δ和Y₂O₃薄膜的多普勒S和W参数深度分布显示出强烈的系统性变化，这是由金属Y、YH_1.9+δ和宽带隙绝缘体Y₂O₃的电子结构的显著差异引起的。光致变色YO_xH_y（一种带隙约为2.6eV的半导体）的多普勒展宽参数介于YH_1.9+δ和Y₂O₃之间。为了探索与光致变色效应相关的纳米结构变化，在原位紫外光照射过程中监测了YO_xH_y的S参数。观察到S参数有一个小的但系统性的增加，可能是由生成的阳离子单空位或包含生成的阴离子空位的小空位簇引起的。在黑暗条件下漂白过程中，这些变化并没有减弱，表明结构变化并不是光致变色机制的直接原因。对于90℃左右的温度，热退火导致多普勒S参数显著增加，表明氢的局部去除会形成空位。同时，光学带隙增加，与O:H比率的增加一致。

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