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

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 2 WYKŁAD 2 PLAN Jak wzbudzić jon aktywatora? (absorpcja); przykłady rodzajów przejść, wąskie i szerokie pasma, sprzężenie elektron – matryca Jony metali przejściowych jako aktywatory

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 3 Y 2 O 3 :Eu 3+ Pasmo absorpcji własnej matrycy pasmo CT w UV ostre linie charakterystyczne dla Eu 3+ Blasse, Grabmaier, rys. 2.1

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 4 YF 3 :Eu 3+ nie ma pasma absorpcji własnej matrycy pasmo CT w VUV widoczne pasmo przejść f-d Blasse, Grabmaier, rys. 2.6

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 5 Wzbudzenie poprzez matrycę (HL – host lattice peak, przejście pomiędzy pasmem przewodnictwa i walencyjnym) Przejście charge transfer (CT) Przejścia f – d Przejścia f – f

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 6 Jon Re 3+ w matrycy H = H jon + H jon-matryca + H matryca H jon H jon zawiera V cryst (q,Q 0 ) energia potencjalna elektronu aktywatora w polu elektrycznym sąsiednich jonów

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 7 H jon-matryca = przybliżenie liniowe, najprostsze; możliwe kolejne przybliżenia

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 8 H matryca oscylator harmoniczny

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 9 Całkowita energia centrum sprzężonego z matrycą

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 10 Dlaczego przejścia elektronowe w jonie aktywatora dają (czasami) szerokie pasma? Diagram konfiguracyjny Inne położenie równowagi w stanie wzb. Blasse, Grabmaier, rys. 2.3

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 11 Prawdopodobieństwo przejścia Moment przejścia Funkcje oscylacyjne pokazano na rysunku (dla stanu podst. i wzb.) Blasse, Grabmaier, rys. 2.4

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 12 Prawdopodobieństwo przejścia będzie funkcją energii jak pokazano obok dla absorpcji Blasse, Grabmaier, rys. 2.5

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 13 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 14 Efekt nefelauksetyczny: przejście charge transfer na jonie Eu 3+ w różnych materiałach: YPO 4 – cm -1 YOF – cm -1 Y 2 O 3 – cm -1 LaPO 4 – cm -1 La 2 O 3 – cm -1 LaOCl – cm -1 Y 2 O 2 S – cm -1

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 15 Efekt nefelauksetyczny: Jon Gd 3+ przejście 8 S → 6 P 7/2 w różnych materiałach: LaF 3 – cm -1 LaCl 3 – cm -1 LaBr 3 – cm -1 Gd 3 Ga 5 O 12 – cm -1 GdAlO 3 – cm -1

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 16 Efekt nefelauksetyczny: Jon s 2 (Bi 3+ ) przejście 1 S 0 → 3 P 1 w różnych materiałach: YPO 4 – cm -1 YBO 3 – cm -1 ScBO 3 – cm -1 La 2 O 3 – cm -1 Y 2 O 3 – cm -1

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 17 Jony metali przejściowych jako aktywatory luminescencji (niewypełniona powłoka 3d gwarantuje nisko leżące stany wzbudzone) konfiguracja [Ar]4s 2, 3d n

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 18 Metale przejściowe w układzie okresowym

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 19 Jony metali przejściowych konfiguracja d n widma – ostre linie i szerokie pasma Diagramy Tanabe-Sugano: zależność energii elektronowej od parametru Dq czyli współrzędnej konfiguracyjnej Q lub R

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 20 Diagram Tanabe-Sugano: Ti 3+ konfiguracja d 1 5 orbitali d, w polu kryst. kub. orbitale t (3x) i orbitale (2x) Blasse, Grabmaier, rys. 2.8 Dq(octa) = -9/4Dq(tetra) = -9/8Dq(cubic)

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 21 Widmo absorpcji: Ti 3+ widoczne przejście 2 T 2 – 2 E i przejście CT w UV CT t → e Blasse, Grabmaier, rys. 2.11

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 22 Diagram Tanabe-Sugano: Cr 3+ konfiguracja d 3 Konfiguracje silno-polowe t 3, t 2 e, te 2, e 3 10Dq, 20Dq, 30Dq Blasse, Grabmaier, rys. 2.9

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 23 Widmo absorpcji: Cr 3+ w tlenku Y 2 O 3 widoczne szerokie spinowo-dozwolone pasma Blasse, Grabmaier, rys. 2.12

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 24 Diagram Tanabe-Sugano: Mn 3+ konfiguracja d 5 Blasse, Grabmaier, rys. 2.10

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 25 Widmo absorpcji: Mn 3+ w MnF 2 widoczne wąskie i szerokie pasma Blasse, Grabmaier, rys. 2.13