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 5 bis PLAN Luminescencja BaF 2 i (Ba,La)F 2 aktywowanego Er 3+ Przejścia promieniste i bezpromieniste Obszar widzialny (VIS) i VUV Niezwykła emisja VUV w (Ba,La)F 2

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 3 Dlaczego VUV? Materiały dla laserów w obszarze UV, VUV fosfory „quantum cutting” scyntylatory

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 4 CEL: identyfikacja emisji wzbudzanych w VUV (oby szybkie i wydajne) oraz wyjaśnienie mechanizmu przejść bezpromienistych i promienistych w BaF 2 :Er (Ba,La)F 2 :Er

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 5 Ce: 350 nm, ns zatem Pr i Nd, emitujące 250, 190 nm, powinny mieć 8-15 i 5-10 ns (mniej więcej się zgadza) Ciężkie lantanowce mają poziomy d wyżej niż Nd… Stąd zainteresowanie Er… (1996, Boston)

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 6 Czy emisje 4d-5f Tb, Dy, Ho, Er lub Tm we fluorkach mogą być szybkie i wydajne przy wzbudzeniu promieniowaniem jonizującym? Czy siła oscylatora f jest odpowiednia? Czy transfer energii matryca – jon jest wydajny? dwa razy NIE dla BaF 2 :Er i także dla (Ba,La)F 2 :Er, ALE…

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 7 Ce, Pr, Nd bez spinu pominięto strukturę 4f n ; ale to niewiele zmienia…

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 8 Dla Ln 4f n 4f n → 4f n-1 5d Dla Ce jedna opcja: 4f → 5d (po przejściu nie ma elektronu f) Dla Pr dwie opcje: 4f 2 ↑↑(HS) → 4f↑5d↑(HS) lub → 4f↑ 5d↓(LS); druga opcja: wyższa energia i przejście wzbronione, f prawie takie samo Dla rosnących n coraz gorzej; więcej dozwolonych stanów, mniejsze f

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 9 Dla n > 7 zasadnicza zmiana sytuacji np. dla Tb 3+ : 4f 8 ↑↑↑↑↑↑↑↓(2S+1=7, LS) → 4f 7 ↑↑↑↑↑↑↑5d↑ (2S+1=9, HS) niższa energia, przejście spinowo-zabronione lub 4f 7 ↑↑↑↑↑↑↑5d↓ (2S+1=7), przejście bez zmiany spinu, zatem dozwolone ale poziom leży wyżej- reguła Hunda najniższy stan wzbudzony będzie HS i przejście emisyjne będzie spinowo-wzbronione (wolne)

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 10 Próbki i eksperymenty: BaF 2 :Er, (Ba,La)F 2 :Er, metodą Bridgmana przez Optovac, MA, USA, dar od A.Lempickiego, ALEM Boston WIDMA emisyjne i widma wzbudzenia I-beamline, Superlumi, Hasylab, DESY, Hamburg, prof. G. Zimmerer U9B-beamline, National Synchrotron Light Source, Brookhaven, USA, dr J. Sutherland

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 11 UV emissions; higher Er 3+ levels excited

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 12 VUV emissions under d-level excitation ____________________ 6800 cm -1

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 13 Excitation spectrum of VUV emissions 2 F 5/2

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 14 Excitation spectrum of Ce emission in BaF 2

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 15 BaF 2 :Ce, znaczna składowa kubiczna pola kryst. 10Dq, struktura (2+3), poziomy d rozszczepione na t i e, jest także składowa o niższej symetrii W BaF 2 :Er cztery pasma, brak struktury (2+3) jak w BaF 2 :Ce Er 3+ 4f 11 stan podstawowy 4 I 15/2 (LS, 2S+1=4) Stan wzb. 5d(e)↓ 5 I 8 (4f 10 ) (HS, 2S+1=6) Stan wzb. 5d(e)↑ 5 I 8 (4f 10 ) (LS, 2S+1=4) Stan wzb. 5d(e)↑ 5 I 7 (4f 10 ) (LS, 2S+1=4) Stan wzb. 5d(t)↑ 5 I 6 (4f 10 ) (LS, 2S+1=4)

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 16 Er3+ ion terms calculated by DaPi 2 F 5/2

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 17 Podsumowanie dla BaF 2 :Er: Szybka relaksacja do najniższego poziomu d (HS), pomiędzy najniższymi poziomami d LS i HS, być może z pomocą 4f 11 2 F 5/2 Wolna spinowo- zabroniona emisja z najniższego poziomu d (HS)

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 18 Wyniki dla (Ba,La) F 2 :Er; miła niespodzianka

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 19 host d-bands f-lines Er3+ ion terms calculated by DaPi 2 G 7/2 at nm

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 20

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 21 τ = 35 ns

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 22 τ = 45 ns

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 23

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 24 τ = 45 ns

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 25 τ = 45 ns

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 26

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 27 Podsumowanie dla BaLaF 2 :Er Brak relaksacji do najniższego poziomu d (HS), poziom 4f 11 2 F 5/2 w niewłaściwym miejscu Szybka spinowo- dozwolona emisja z poziomu d (LS) przy wzbudzeniu w 5d(LS)

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 28 Er3+ ion terms calculated by DaPi

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 29

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 30 2 G 7/2 at nm

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 31 Population build-up at 2 G 7/2 following d-excitation

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 32 2 G 7/2 at nm

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 33

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 34

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 35

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 36 DLACZEGO? wolniejsza relaksacja bezpromienista brak relaksacji pomiędzy najniższymi poziomami LS i HS; przesunięcie i brak pośredniego stanu 2 F 5/2

Andrzej J. Wojtowicz wyklad monograficzny 37 PODSUMOWANIE Relaksacja bezpromienista pomiędzy stanami d różniącymi się wzbudzeniem rdzenia 4f n-1 i spinem jest bardzo wolna Relaksacja ta może być szybsza dzięki obecności wysoko leżących poziomów 4f n, (BaF 2 ) Dzięki wolnej relaksacji bezpromienistej i brakowi pośredniego poziomu 4f n obserwujemy szybką i stosunkowo wydajną emisję z poziomu d (LS) w (Ba,La)F 2 ; a nie wolną z d(HS) jak w BaF 2