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 12 PLAN Przejścia 4f – 5d w LuAlO3:Ce Spektroskopia optyczna Interpretacja w oparciu o obliczenia teoretyczne; demonstracja zgodności jakościowej i ilościowej Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

3. WSTĘP LuAP: gęstość 8.34 g/cm3, fotoułamek 0.3, emisja 365 nm, czas zaniku (scyntylacji) 17 ns,LY około 2xBGO Przejścia 4f – 5d (absorpcja) i 5d – 4f (emisja) Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

4. PRÓBKI 2 piksele 2x2x10 mm, otrzymane w 2004 w Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa (grupa prof. Tadeusza Łukasiewicza)LuAlO3:0.07%at Ce, LuAlO3:0.15%at Ce Widma emisji i widma wzbudzenia emisji:Stacja Superlumi, linia – I, Hasylab, Hamburg, Niemcy (prof. Georg Zimmerer) Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

5. LuAlO3:Ce, widmo luminescencji Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

6. Widma luminescencji, podsumowanie: Dwa pasma (1600 cm-1) Najniższy stan d → 2F5/2 357 nm Najniższy stan d → 2F7/2 379 nm Brak struktury Mniej lub bardziej równe natężenia obu pasm Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

7. Rozdzielone w czasie widma wzbudzenia Szybka skł.2-42 nsopóźniona skł 140-180 ns Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

8. Skorygowane widma wzbudzenia Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

9. WIDMA WZBUDZENIA, podsumowanie: • Silne potrójne pasmo2F → T2dwa silne pasma (306, 295 nm), jedno słabe (276 nm)34 000 ± 2000 cm-1 • Słabsze podwójne pasmo2F → E(226, 214 nm) 45 500 ± 1200 cm-1 Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

10. Przesunięcie Stokesa ~ 4700 cm-1 • Dominuje pole kubiczne (Oh);10Dq ~ 11 500 cm-1słabe pole o niskiej symetrii~ 1500 cm-1 • Stosunek natężeń dwóch pasm d2F → T2 / 2F → E12 K ~4.4298 K~ 3.8 Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

11. Oba pasma d, T2 i E, silnie rosną dla dłuższych długości fali z rosnącą temperaturą T • Natężenia pasm; składników pasma E;pasmo „230 nm” rośnie, pasmo „215 nm” maleje z T, • maksimum pasma „230 nm” przesuwa się w stronę dłuższych λ Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

12. Maksima pasm E vs T Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

13. Skorygowane widma wzbudzenia vs T Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

14. Skorygowane widma wzbudzenia vs T Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

15. Skorygowane widma wzbudzenia vs T Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

16. Rozkład widm wzbudzenia vs T Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

17. TEORIA - MODEL D.J. Robbins, YAG J. Electrochem. Soc. 1979 Termicznie aktywowane przejścia z wyżej leżącego poziomu stanu podstawowego Różne momenty przejścia PRZESUNIĘCIA PASM p1 < p1’ p1 < p2 p2’ < p1’ Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

18. Obsadzenia poziomów ΔE w T Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

19. Natężenia pasm 5d E vs T Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

20. Natężenia pasm 5d E vs T Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

21. Natężenie pasma „230 nm” vs T, eksperyment i teoria Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

22. Natężenie pasma „215 nm” vs T, eksperyment i teoria Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

23. Stosunek natężeń vs T, eksperyment i teoria Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

24. DIAGRAM poziomów 5d Kolejność poziomów musi być zgodna z eksperymentem Γ7, Γ8 podwójne reprezentacje grupy Oh Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

25. DIAGRAM poziomów 4f Kolejność poziomów musi być zgodna z eksperymentem Γ6, Γ7, Γ8 podwójne reprezentacje grupy Oh Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

26. Elementy macierzowe momentu przejścia (siły linii) pomiędzy stanami Γ6, Γ7, Γ8 z poziomu 2F7/2 i stanami Γ7, Γ8 z 2F5/2 konfiguracji 4f i stanami Γ8, Γ7 z poziomów T2 i E konfiguracji 5d T. Hoshina, J. Phys. Soc. Jap., 1980 Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

27. Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

28. Najniższy poziom 4f (absorpcja), opcje: 0.24 to jedyna opcja dla której T2 ma większy udział, zgodnie z eksperymentem:4f Γ7 stan podstawowy Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

29. Kolejność poziomów 5d T2 (absorpcja), odpowiednie elementy macierzowe: Tylko stan podstawowy 4f Γ7 oraz 5d Γ8 poniżej Γ7 są zgodne z dwoma silnymi i jednym słabym przejściem tworzącymi pasmo 4f 2F5/2 → 5d T2 Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

30. Najniższy poziom 5d (emisja), opcje: Γ8a i Γ8b dają rozsądne wartości dla stosunków pasm 2F7/2 i 2F5/2 – Γ8 poniżej Γ7 Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

31. Termicznie indukowane przejścia; siły linii pomiędzy stanami 5dEΓ8 i dwoma najniższymi poziomami 4f: p1/p2 = 0.2 (eksperyment 0.15±0.02)p’1/p’2 = 5 (eksperyment 7±5) Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

32. PODSUMOWANIE Dominujące pole kubiczne i składowa niskosymetryczna określają poziomy stanu podstawowego i wzbudzonego jonu Ce3+ w LuAP, w porządku rosnących energii: 4f 2F5/2: 2F5/2Γ7, 2F5/2Γ8a, 2F5/2Γ8b 5d 2D: T2Γ8a, T2Γ8b, T2Γ7, EΓ8a, EΓ8b Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny

33. Wartości elementów macierzowych momentu przejścia pomiędzy tymi stanami zgodne z obserwowanymi natężeniami przejść w emisji i absorpcji oraz ich temperaturowymi zależnościami W przeciwieństwie do YAG:Ce i BaF2:Ce, w LuAP, YAP i LuYAP kolejność poziomów dla stanu podstawowego i stanu wzbudzonego może wzmacniać samo-absorpcję emisji Ce; Konsekwencje dla scyntylacji dużych kryształów Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny