Electrical transport mechanisms of Neodymium-doped rare-earth semiconductors

• DOI: 10.1007/s10854-022-08098-9
• Publication Date: 2022-04-26T11:03:59Z
• Authors: Isabela C. F. Vaz; Carlos Eugenio Ma...; Alberto Somoza; Leandro S. R. Rocha; Elson Longo; Luis Cabral; Edison Z. da Silva; Alexandre Zirpoli...; Giulia Zonta; Cesare Malagù; P. Mariela Desimone; Miguel Adolfo Ponce; Francisco Moura
• Keywords: Neodymium; Positron annihilation spectroscopy

Fil: da Silva, Edison Z.. Universidade Estadual de Campinas; Brasil<br/>Fil: Simões, Alexandre Zirpoli. Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho; Brasil<br/>Fil: Longo, Elson. Universidade Federal do São Carlos; Brasil<br/>Fil: Macchi, Carlos Eugenio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina<br/>Fil: Rocha, Leandro S. R.. Universidade Federal do São Carlos; Brasil<br/>Fil: Vaz, Isabela C. F.. Federal University of Itajubá; Brasil<br/>This study reports the electrical properties of Nd-doped cerium oxide (CeO2) films synthesized by microwave assisted hydrothermal using a two-point probe technique. Positron annihilation lifetime spectroscopy studies evidenced that, as the Nd content rises, a structural disorder occurs. This is caused by an increase in oxygen vacancies surrounded with Nd (defective clusters), with the mean lifetime components ranging between 290 and 300 ps. Particle size estimation showed values from 8.6 to 28.9 nm. Along with the increase of neodymium impurities, also the conductivity increases, due to the hopping conduction mechanism between defective species. This gives rise to a response time of only 6 s, turning these materials candidates to realize gas sensor devices. Ab initio investigations showed that the improved electric conduction is boosted mostly by the reduced Nd2+ than the Ce3+, where the oxygen vacancies play a fundamental role.<br/>Fil: Desimone, Paula Mariela. Universidad Nacional de Mar del Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina<br/>Fil: Ponce, Miguel Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata; Argentina<br/>Fil: Somoza, Alberto Horacio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina<br/>