Luminescencja w materiałach nieorganicznych Wykład monograficzny AJ Wojtowicz

1. Luminescencja w materiałach nieorganicznych Wykład monograficzny AJ Wojtowicz Instytut Fizyki UMKZakład Optoelektroniki Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

2. WYKŁAD 1 PLAN Elektron w sieci krystalicznej, poziomy i pasma energetyczne.Aktywator w sieci krystalicznej (matrycy); podstawowe rozważania Donor, akceptor, centrum luminescencji i centrum rekombinacji Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

3. Stany elektronowe w krysztale jednowymiarowym b – stała sieci (odległość między atomami) Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

4. Cn: amplituda prawdopodobieństwa znalezienia elektronu na n-tym atomie iA/ħ: prędkość przejścia elektronu z jednego atomu na sąsiedni (1/s) Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

5. Jeśli A = 0 Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

6. Jakie będą rozwiązania równania dla sieci jednowymiarowej jeśli A ≠ 0 ?? jednowymiarowa fala płaska Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

7. Równanie na amplitudy w modelu jednowymiarowej sieci, a równanie Schrődingera dla elektronów swobodnych Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

8. Duże A, szerokie pasmo i mała masa efektywna Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

9. dla małych k: Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

10. E, energia elektronu k, wektor falowy Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

11. W ten sposób z każdego poziomu energetycznego w atomie tworzą się pasma; szerokie puste pasmo przewodnictwawęższe pełne pasmo walencyjnebardzo wąskie pełne pasma rdzeniowe Odwrócone pasma pełne (walencyjne vb)(zero energii dla pustego cb i pełnego vb) Masa efektywna elektronów i dziur Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

12. KLUCZOWY PROBLEM: Jak leżą względem pasm przewodnictwa i walencyjnego matrycy poziomyelektronowe (podstawowy i wzbudzone) aktywatora dla stabilnych lub quasi-stabilnych stanów ładunkowych aktywatora Np. dla kationu 3+ Ważne stany ładunkowe aktywatora to 2+, 3+ i 4+ważne stany elektronowe; podstawowy i pierwszy wzbudzony Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

13. Struktura pasmowa BaF2 w przybliżeniu jonowym puste stany Ba1+ tworzą pasmo cb zapełnione stany F1- tworzą pasmo vb poziomy rdzeniowe Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

14. Struktura pasmowa Y2O3 Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

15. Struktura pasmowa kryształu Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

16. Pasma w krysztale jonowym;poszerzenie poziomów w pasma (nakładanie się funkcji falowych; prawdopodobieństwo przejścia elektronu z jonu na jon: parametr A) Lokalizacja, obniżenie energii elektronu wskutek oddziaływań kulombowskich, polaryzowanie matrycy Wiązania kowalencyjne; silniejsze rozmycie prawdopodobieństwa, ekranowanie oddziaływań kulombowskich (maleje przerwa energii wzbronionych, maleje energia lokalizacji – półprzewodniki) Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

17. Izolatory: wiązanie jonowe, duża przerwa energii wzbr., silna lokalizacja nośników ładunku Półprzewodniki: wiązanie kowalencyjne (najlepiej w materiale jednoskładnikowym np. Si, czy Ge), mała przerwa energii wzbr., słaba lokalizacja nośników ładunku Efekt nefelauksetyczny: przesunięcie pasma absorpcji spowodowane zmianami charakteru wiązania od jonowego do kowalencyjnego Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

18. TRÓJKĄT BLASSEGO dla Bi3+ izolowany jonCs2NaBiCl6 Delokalizacjaparametr A Lokalizacjaenergia ER ciało stałe półprzewodnikCs3Bi2Br9 izolatorBi4Ge3O12 Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

19. Struktura pasmowa kryształu z aktywatorem Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

20. PROSTY DONOR i AKCEPTOR Najniższy stan pełny aktywatora, gdy kation jest 3+, będzie odpowiadał stanowi podstawowemu aktywatora w stanie ładunkowym 3+; jeśli ten stan leży wysoko (w pasmie przewodnictwa) to aktywator jest donorem Najniższy stan pusty aktywatora, gdy kation jest 3+, będzie odpowiadał stanowi podstawowemu aktywatora w stanie ładunkowym 2+; jeśłi ten stan leży nisko (w pasmie walencyjnym) to aktywator jest akceptorem Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

21. Struktura pasmowa kryształu z aktywatorem domieszkaizoelektronowa ze strukturą elektronową Układ poziomów dla aktywatora „podobnego” do kationu (z wyjątkiem istnienia stanu wzbudzonego) Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

22. Struktura pasmowa kryształu z aktywatorem Dobry luminofor, złe centrum rekombinacji (OK dla lasera, fosforu (?), zły scyntylator i fosfor X) aktywator nie może schwytać elektronu ani dziury Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

23. Aktywator w krysztale może być: Centrum luminescencji (musi istnieć „stan wzbudzony” aktywatora) Centrum rekombinacji (odpowiednie położenie stanu „podstawowego” i „pustego” względem pasm cb i vb) Donor, akceptor (odpowiednie położenie … plus brak „stanu wzbudzonego”) Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

24. Struktura pasmowa kryształu z aktywatorem zły luminofor, złe centrum rekombinacji aktywator nie może schwytać ani elektronu ani dziury Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

25. Struktura pasmowa kryształu z aktywatorem Dobry luminofor, dobre centrum rekombinacji aktywator może schwytać dziurę Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

26. Struktura pasmowa kryształu z aktywatorem Dobry luminofor, dobre centrum rekombinacjiaktywator może schwytać elektron Może być emisja aktywatora, lub emisja CT na aktywatorze ABSORPCJA CT Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny